燃气分布式能源站孤网负载应用

燃气分布式能源站孤网负载应用

发表时间：2017-06-13T11:55:06.373Z 来源：《电力设备》2017年第6期作者：李德强

[导读] 本文主要阐述了超级电容和燃气发电机孤网运行大冲击负载应运，以下方案较好的解决了此问题。

（北京华成聚鑫清洁能源有限公司北京市丰台区 100071）

摘要：最近这些年分布式能源发展很快,未来会迎来更大的一个发展机遇,但是也有很多问题,最大的一个问题是孤网带载能力差。本文主要阐述了超级电容和燃气发电机孤网运行大冲击负载应运，以下方案较好的解决了此问题。

关键词：超级电容、燃气发电机、负载负荷、电流

天然气分布式能源的发展从中国的角度来看，煤耗量的上升大部分转化成了日益升高的全球和地区空气污染排放水平。中国一些大城市空气污染水平的上升已成为人们主要关注的问题。调整我国能源结构，提高高效清洁的能源利用方在我国能源供应体系的比重已经刻不容缓。在这一形势下，推动天然气分布式能源发展具有重要的现实意义和战略意义。目前我国天然气供应日益增加，智能电网建设步伐加快，专业化能源服务公司方兴未艾，天然气分布式能源在我国已具有大规模发展的条件。

天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供方式实现能源的综合利用，与传统集中式供能方式相比，这种在热、电和冷气使用地点建立的小型能源站减少了能源输送过程中的损耗，实现了多种能源综合利用。

更重要的是，与传统供能系统相比，分布式能源系统可减排二氧化碳50%，减排氮氧化物80%，二氧化硫和固体废弃物排放几乎为零，可有效减少空气中PM2.5细颗粒物的浓度。

此外，燃气分布式能源系统可以起到燃气电力削峰填谷，优化城市能源结构的作用。夏季，北京市空调用电总负荷约占北京市最大供电负荷的40%～50%，它所引起的用电负荷峰谷的剧烈波动严重危及到大电网的安全供电。例如北京市天然气用量近60％用于采暖，制冷只占到约4％左右，这样的用气结构导致冬夏用气量极不平衡，日峰谷差达到10倍以上，既增加了大量的储气设备投资，也使得系统的运行管理成本增加。“发展燃气冷热电三联供系统夏季使用天然气发电，余热制冷，将大大缓解电力与燃气的峰谷差。提高用户能源供应安全性和降低能源费用的作用。”

但是天然气分布式能源最大的一个缺点就是抗冲击能力差,所以孤网运行困难,目前分布式能源基本采用并网形式,但是个别地区或项目无法并网则大大限制了分布式能源的发展.

案例:北京某工厂采用大型整流器剖光设备,由于负荷功率变化频繁,变化幅值较大,且谐波较大。建厂初期采用电网供电,由于电网公司变压器匹配较差,且此负载较大,造成电网公司上级变压器烧毁,因此电网公司不再为此工厂提供电源后,厂方考虑环境和成本等因素后,采购数台燃气发电机为此工厂设备供电,但是由于燃气发电机抗冲击特性较差,造成设备已启动,燃气发电机即熄火。

(一)工程负载情况

目前此工厂采用柴油发电机为生产线整流器及辅助设备供电,但柴油发电机污染大,成本高。因此需要有更环保更廉价的替换方式。

我方在了解此项目需要后,经多方比较,选定采用超级电容和燃气发电机相配合的方式,既解决了环境污染和成本高的问题,又能保证负荷的冲击对燃气发电机影响降至最低。

经我方测量和了解负载负荷情况见图1:

以上为单台用电设备的用电电流,单台设备以10分钟为一周期运行,第一张图为设备启动电流增量截图,负载电流经3。5秒从0增加到516A,然后一分钟左右缓慢降至311A并稳定在311A。稳定电流大概持续9分钟,然后迅速减小至0。经40多秒再次启动。电流波形图显示此电流存在波形不规则有谐波。

此工厂共两条生产线,第一条生产线2台此设备和其他辅机,第二条生产线3台此类设备和其他辅机。

负荷情况第一条生产线总电流320A到1000A,第二条生产线1100到1500A。两条生产线共1400到2500A。

根据此参数考虑系统稳定性燃气发电机选择三台,辅助超级电容进行削峰填谷。见以下系统图。

（二）系统总体结构

系统的主要组成部分有燃气发电机,负载,储能补偿系统,配电系统。

其中储能系统由功率变换器、储能管理器、超级电容组、交流滤波器、控制器、交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感器组成。

配置三台燃气发电机,两台工作一台备用,三台进线配电柜,若干出线配电柜,以及储能系统组成。配置3套400kW补偿装置，该套装置按4个柜体设计，功能分别电容柜2个，补偿柜1个，功率平衡柜1个。超级电容按60个模块设计。

补偿系统的主要功能单元包括：超级电容储能系统、功率平衡系统、系统主电路、四象限功率变换模块、超级电容储能系统能量管理模块、主控系统、辅助供电系统、电能质量管理系统、供电集成控制模块、能量平衡管理模块、四象限功率变换系统软件、上位机主控管理软件、超级电容能量管理软件、功率平衡控制软件。

(三)工程技术应用前景

此方案较好的解决了大负载频繁冲击,且谐波大,或者部分偏远地区设备供电稳定性问题,并为燃气式分布式能源发展提供了更好的负载适应性。同时可以为其它微电网运行项目提高了供电可靠性。

结论：

由于分布式能源具有环保,灵活,效率高,提高燃气系统可靠性,占地面积小等优点,目前国家已经在政策上开始大力扶持,加速发展。此方案可以大大提供分布式能源的适用性。为祖国蓝天作贡献。

作者简介：

李德强（1980.4），男，天津人，河北工业大学双学士，电气经理，单位：北京华成聚鑫清洁能源有限公司。