【施耐德电气】2023双碳背景下新型电力系统的应用创新-“光储直柔”电网洞察白皮书

GREEN - 双碳背景下新型电力系统的应用创新

核心内容

“光储直柔”技术是构建新型电力系统、实现双碳目标的重要创新方向。该技术通过光伏、储能、直流配电和柔性用电，使建筑从传统能源系统的被动用户转变为具有可再生能源生产、消费和能量调蓄功能的“三位一体”复合体。施耐德电气通过深入调研与技术积累，提出了一套完整的解决方案，涵盖系统规划、预测调优控制、BMS协同、配电设计、直流系统构建及示范应用，为实现高效用能和清洁低碳提供了技术支撑。

主要观点

1. 政策支持：国家出台多项政策推动“光储直柔”建筑的发展，包括提高建筑可再生能源替代率、推广光伏建筑一体化、建设区域级光伏示范项目等。
2. 能源安全与高效：光储直柔技术有助于降低对化石能源的依赖，提升能源供应的安全性、稳定性和效率，同时减少温室气体排放。
3. 技术创新与产业升级：随着光伏组件效率提升和成本下降，以及储能技术的发展，光储直柔技术具备巨大的发展潜力。
4. 市场与电价机制：电力市场化改革为建筑侧提供参与电力交易、需求响应和辅助服务的机会，提高经济效益。
5. 挑战与解决方案：光储直柔技术在推广过程中面临谐波治理、缺乏统一标准、柔性负载管理等挑战，施耐德电气通过MGDT、EMA、ETAP、Current OS等工具和系统，提供全生命周期解决方案，有效应对这些挑战。

关键信息

1. 光储直柔技术定义

• “光”：太阳能光伏发电是未来主要的可再生电源之一，建筑表面可作为分布式光伏的载体。
• “储”：建筑侧储能技术能够提高配用电系统的可靠性，并支持建筑以虚拟电厂角色参与电力市场。
• “直”：直流配电技术可提升系统效率、可靠性，并减少交直变换环节。
• “柔”：建筑设备具有可调节性，可作为电力系统的灵活性资源，支持用户侧需求响应和市场交易。

2. 技术挑战

• 谐波问题：分布式能源和电力电子负载的接入会导致谐波注入，影响电能质量。
• 缺乏统一标准：当前缺乏针对光储直柔系统的整体技术标准体系，影响其规模化应用。
• 柔性负载管理：需对柔性负载进行全生命周期控制，实现与电网的友好互动。

3. 技术解决方案

• MGDT（微电网设计工具）：用于光储直柔系统的可行性规划，提供投资与收益分析。
• EMA（微网顾问系统）：基于人工智能的预测调优控制系统，优化电能使用和成本管理。
• ETAP（电力系统分析软件）：用于谐波计算和电能质量优化。
• Current OS协议：定义直流微网的通信模型和保护机制，支持系统自治与安全性。
• DC Systems解决方案：包括直流固态保护器、市电双向变换器柜、直流母线配电系统等，提升系统效率和稳定性。

4. 实践案例 - 施耐德电气武汉工厂

• 部署清洁能源：办公楼屋顶安装光伏板，实现100%绿电供给。
• 构建直流系统：采用直流母线配电系统，提升能源利用效率。
• 节能减排：通过优化调度和储能管理，实现年均13%的减碳目标，减少577吨/年的碳排放。
• 数字化监控：通过传感器和监控系统，实现能源数据的采集、分析和可视化管理，提升能源使用效率。

路径与策略

1. 系统可行性规划：通过MGDT工具进行前期规划，确保系统经济性和稳定性。
2. 预测调优控制：EMA系统提供智能调度和优化，实现成本节约和电能管理。
3. BMS协同：通过建筑设备管理系统（BMS）实现对柔性负载的管理，提升系统灵活性。
4. 配电系统设计：利用ETAP进行谐波计算和电能质量优化，确保系统稳定。
5. 直流系统建设：采用Current OS协议和DC Systems解决方案，实现高效、安全的直流配电。
6. 示范工程落地：通过武汉工厂的实践案例，验证光储直柔系统的实际应用价值。

未来展望

• 推动政策落地：加快激励机制和市场化政策的实施，促进光储直柔技术的广泛应用。
• 完善标准体系：建立统一的光储直柔技术标准，推动跨行业协同。
• 提升技术商业化：通过工程实践不断优化技术方案，形成可复制的商业模式。
• 加强国际合作：提升中国在国际能源领域的影响力，推动全球能源转型。

结语

光储直柔技术作为新型电力系统的重要组成部分，为实现“双碳”目标提供了有力支撑。通过施耐德电气的解决方案，可有效应对技术挑战，推动建筑与能源系统的深度融合，助力实现高效、清洁、低碳的能源转型。