地源熱泵如何接入微電網

　　即將來臨的這個冬天，國網河北電科院園區可以實現地源熱泵供暖了。園區建設的微電網系統，是國內*光儲熱一體化微電網，它融入地源熱泵沖擊性負荷，通過分布式新能源為地源熱泵供電，實現利用地熱能調節室內溫度，與傳統使用空調調節溫度的方式相比，該方式節能減排效果明顯。
　　
　　日前，“光、儲、熱一體化協調運行控制技術研究及示范工程”項目通過*公司組織的驗收。該項目位于國網河北省電力公司電力科學研究院園區，為*公司科技項目，由國網河北電科院總體負責，由國電南瑞科技股份有限公司總包，中國電力科學研究院參與實施。該項目是國內*光儲熱一體化微電網示范工程，項目包括190千瓦光伏發電系統、250kW/1h磷酸鐵鋰電池儲能系統、100kW/5s超級電容儲能系統、電能質量監測與治理系統、電動汽車充電樁、微電網運行控制與能量管理系統、交流子微電網系統、直流子微電網系統等。
　　
　　微電網接入沖擊性負荷兼顧經濟性和穩定性
　　
　　目前，國內微電網主要以接入風力發電、光伏發電、儲能系統和就地負荷為主，未能因地制宜統籌考慮對當地能源的綜合利用，而“光、儲、熱一體化協調運行控制技術研究及示范工程”項目，結合石家莊土壤溫度比較適合地源熱泵工作的特點，在微電網中接入地源熱泵，利用地熱能替代傳統空調調節室內溫度，實現了節能減排。
　　
　　與普通家用負荷相比，地源熱泵在啟動時對電網具有沖擊性。為了保證地源熱泵順利啟動，微電網儲能系統容量必須滿足沖擊電流的功率要求，但這樣會大大降低微電網系統的經濟性。
　　
　　“如果儲能容量不夠，微網則無法承受。沖擊性電流會引起微電網母線電壓的急劇下降，使電網失去穩定。”國電南瑞的項目金雪說。
　　
　　為了兼顧微電網的經濟性和動力負荷的啟動需求，中國電科院為地源熱泵開發了多元復合儲能系統，并對地源熱泵系統進行了變頻啟動改裝。“前者兼顧了能量型與功率型儲能的優點，在微電網并網運行時可以快速平抑光伏系統輸出功率的波動，在微電網離網運行時可以使微電網內電壓及頻率保持穩定。而后者可以將設備啟動電流降低到額定電流的水平。兩者的應用大大提高了微電網的穩定性及經濟性。”中國電科院技術人員謝志佳解釋。
　　
　　基于以上策略，該項目又提出了一種含地源熱泵的能量管理方法，通過綜合能效利用技術提高微電網運行的可靠性。“后端控制系統是關鍵技術，系統建立了科學的邏輯控制策略，讓變頻器和超級電容根據負荷運行狀況進行針對性調節。”國電南瑞技術人員王前雙說。
　　
　　交、直流兩種子微電網實現互聯
　　
　　與以往的純交流微電網不同，該項目構建了交流子微電網和直流子微電網兩種形式。此前，國電南瑞承擔的浙江溫州鹿西島微網工程實現了兩個交流子微網的互聯。
　　
　　很多日常用電設備采用直流電驅動，如LED燈、手提電腦等。在交流配電網中，需要經過變流才能供給電器使用。而直流配電網可以直接供電，實現即插即用。
　　
　　“分布式電源接入直流配電無需換流環節，可以減小成本、降低損耗。而微電網將主要采用直流配網的運行方式。”金雪說。
　　
　　從技術角度而言，為保證系統穩定，直流子微網控制系統要保持直流電壓恒定。金雪介紹，該項目采用直流子微網在并網時由AC/DC(交流/直流)變流器穩定直流母線電壓，在離網時由儲能DC/DC(直流/直流)變流器建立直流母線電壓的方式，將儲能裝置固定的直流電壓變換為可變的直流電壓。
　　
　　每年可節約電量62萬度
　　
　　“光、儲、熱一體化協調運行控制技術研究及示范工程”項目合理利用當地資源，解決了地源熱泵的啟動問題，實現節能減排、低碳環保、能效*的目標。“該項目不僅立足于建設示范工程還依托示范工程，建設了交直流混合多級微電網試驗平臺。通過試驗平臺可開展分布式電源及微電網的保護、測控等技術理論研究和實驗驗證。同時，190千瓦的光伏發電系統，估算年發電量約為20萬度，可有效降低配電線路損耗;利用地源熱泵系統每年可節約電量62萬度;以火電廠二氧化碳排放量0.38千克/度計算，估算年節約標準煤300噸，減排二氧化碳約710噸，節能減排效益顯著。”國網河北電科院項目負責人高志強說。