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智能电网在生态城建设中的应用 ——中新天津生态城智能电网工程研究 【摘 要】：中新天津生态城智能电网综合示范工程涵盖了智能电网6大环节，是生态城市与智能电网融合的示范工程。介绍中新天津生态城智能电网综合示范工程的建设背景、目标、思路、原则、总体架构和各子项工程的内容，分析工程的特点和示范意义，为城市区域智能电网建设提供参考。 【关键词】：生态城；智能电网；电网建设 1 生态城简介 生态城位于中国发展的重要战略区域———天津滨海新区，规划面积30k㎡，人口规模为35万人，城市结构分为4个生态片区，突出办公、研发、商业、住宅等用地的多样化开发与相互混合布置的现代城市规划理念，计划10～15年建成生态城。生态城作为国家生态示范建设工程，可再生能源的综合利用和生态环境的保护问题受到高度的重视。按照生态城总体规划，可再生能源利用比例将不小于20%。在能源资源节约与循环利用方面，注重节能，加强节能减排，发展循环经济，形成低投入、低消耗、低排放／高效率的增长方式。2020 年，生态城要实现100%为绿色建筑，可再生能源利用率达到20%，人均能耗比国内城市人均水平降低20%以上。 依据生态城总体规划和开发计划，对生态城进行了负荷预测，总负荷预计将达到41万kW，规划建设220kV变电站2座，110kV变电站4座，最终建成220kV高压输电网、11kV高压配电网、10kV中压配电网和380／220Ｖ 低压配电网构成的供电体系。此次生态城示范工程将重点集中在生态城的起步区，面积约为4k㎡，主要以居民生活、商业金融和生态产业区用地为主，计划2012年建成，负荷预计将达到7.9万kW。 2 技术理论研究 对智能电网技术的研究可以从其构成的三个主要部分入手，即系统内的分布式电源、储能技术和能量管理系统。 2.1 分布式电源 2.1.1 风力发电机组 目前，风力发电是装机容量最大、单位造价最便宜的可再生能源发电方式，经济指标逐渐接近清洁煤电。从 2006 年实施《可再生能源法》开始，我国风电总装机容量连续 5 年翻番。根据电监会《风电、光伏发电情况监管报告》，截至2010 年 6 月，我国已建成并网风电装机容量 22004MW、光伏发电装机容量 133MW，已建成但未并网风电装机容量 764MW、光伏发电装机容量 1.6MW。从该组数据比对中可以看出，风力发电相对于光伏发电而言具有绝对的技术优势；未并网可再生能源发电占装机总容量的比例不超过 4%。 2.1.2 光伏发电系统 光伏发电系统由光伏电池组件、并网逆变器、计量装置和配电系统组成。光伏发电系统分为离网型和并网型两大类。离网型光伏发电系统适宜于保持孤岛运行的微网；并网型光伏系统是当前业内的发展主流，由多个光伏模块（即光伏板）组成的光伏阵列、并网逆变桥和控制器三部分组成。 2.1.3 燃料电池 燃料电池是一种将化学能转换为电能的装置，与普通电池的原理和结构基本相同，也具有电解质、电极和连接端子等要素。燃料电池电化学反应的原料主要是氢气和氧气，产物主要是水和二氧化碳，余热作为一种副产品可通过余热锅炉回收并加以利用。燃料电池具有清洁无污染、热效率高于火力发电（250kW~5MW 的燃料电池发电效率与 300MW~500MW 的先进火电机组相当）、燃料来源广泛、占地面积小、噪声小、用水少、承受负荷变化能力强等优点。 2.1.4 微型燃气轮机 微型燃气轮机属于小型热力发动机，由燃气轮机、压气机、燃烧室、回热器、发电机及控制器组成，以天然气、乙醇、甲烷、汽油、柴油等为燃料。以微型燃气轮机为动力的冷热电联供方式可以解决能源利用率低、设备使用效率低等资源和投资的浪费问题，实现对需求供应的整合优化，实现对能源特别是余热的梯级利用，其热效率高达 70%~90%，同时具备低排放、低噪声、节省供热管网的投资与损耗、省维护、建设周期快，投资回收周期快等优点。但在应用过程中，若以热定电的方式运行，会出现运行费用居高不下等问题。 2.2 储能技术研究 2.2.1 储能技术类型 表1列出了常见的储能类型、储能技术实现形式及其优缺点。通常储能技术分为电化学储能、电磁储能、机械储能和热力储能四大类。目前锂离子电池、钠硫电池、液流电池、铅酸电池、超级电容器、高温超导储能等形式的储能系统，已逐渐出现商业化运营局面，在系统设计和选型阶段可开展技术经济比较。 表1 常见储能技术的种类及比较 2.2.2 储能系统的控制策略 当并网运行时，电网内的功率波动由配电网进行平衡，此时储能系统处于充电备用状态。当电网由并网运行方式开始切换到孤岛运行的瞬间，储能系统的控制功能立即启动，首先在切换过程中提供短时电能，弥补功率缺额。在这一过程中，储能系统可采取 PI 控制、前馈补偿闭环控制以及基于模糊规则的智能控制等多种策略形式。 2.3 能量管理系统 微网