考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网建设实践

黄德志，吴卫宁，徐 昕，吴佳佳，陈小威，洪丽俊

（国网浙江省电力有限公司义乌市供电公司，浙江 义乌 322000）

0 引言

义乌是一座建在市场上的城市，是中国首个县级市国家级综合改革试点，被誉为“世界小商品之都”，拥有全球最大的小商品集散中心，被联合国、世界银行等国际权威机构确定为世界第一大市场，同时义乌也作为国际贸易综合改革试点城市、“新丝绸之路”的起点，“一带一路”连通219 个国家、地区，集聚着顺丰、邮政、圆通、中通、申通、韵达等113 家物流企业，产业集聚效应凸显[1-4]。2021年义乌快递业务量92.9 亿件，全国城市排名第一位。义乌“商贸 + 物流”的产业特点形成了鲜明的区域用电特征。

义乌电网整体呈现“源少、荷密、网紧、储少、互动不足”的典型受端特征。源侧，受限于资源禀赋，水电、风电较少，光伏是本地电源主力，目前有清洁能源装机总量48.4 万kW，其中光伏装机35.9 万kW，占比74.2%。网侧，义乌电网整体高压供电能力偏紧，220 kV 容载比为1.53，110 kV 容载比为1.757。同时平均负荷峰谷差率为42.69%，尖峰存在时间短。荷侧，2022 年全社会最高负荷278.63 万kW，其中降温负荷占35%以上，约98 万kW，工业负荷占31%，约86 万kW，全社会最高负荷的不确定波动性愈发明显。储侧，已建成用户侧储能6 家，容量2.54 MW/7.81 MW·h；在建用户4 家，容量0.75 MW /2.25 MW·h；聚合5G 铁塔基站储能359 座，容量1.274 MW，相较电网规模，储能装机总量较低，无法形成有效电网调节[5-9]。

目前，义乌电网主要面临大挑战：（1）大规模光伏建设带来电网运行隐患。义乌“商贸 + 物流”产业集聚，推动形成大批商贸市场、物流园。同时分布在商贸市场、物流园的大容量屋顶光伏、大规模的电动汽车保有量带来的不稳定冲击性负荷为局部电网带来安全隐患。（2）配电网供需动态调节平衡能力不足。光伏高比例接入、物流用车等终端消费电气化进程加快、储能规模化应用、数字技术与电网技术深度融合，促使义乌局部电网的物理特性、运行模式、功能形态发生深刻变革。电网传统运行手段难以满足新形态电网安全稳定运行需求。（3）分布式资源间耦合匹配性及管控调节能力待提升。义乌商贸城、物流园区内光伏、储能、电动汽车、用户负荷等资源总类丰富，但资源间缺乏耦合匹配，管控调节能力不足[10-12]。

国际商贸城年用电量3 亿kW·h，最大负荷60 MW，是义乌地区的典型商贸负荷用能大户[13-14]。为有效降低商贸城的用能成本、实现楼宇内部的各类资源协同优化高效利用，助力节能减排，提高商贸城与电网的互济互助能力，以新建的二区东综合楼为试点，建设考虑光储冷协调优化运行的商贸城楼宇微电网。该楼宇微电网通过打造本地化智慧能源管理平台，聚合光伏、储能、PCM 相变蓄冷等多元负荷侧资源，具备正常运行、经济运行、低碳运行、微网运行、控功率运行和控电量运行模式，助力节能减排和双碳目标实现。

1 多元资源的建设

国际商贸城二区东综合楼新能源产品市场，位于二区市场F 区的东侧，紧邻轻轨国际商贸城站，建筑面积约13 万m2，共有商铺490 余间，地下2层与地上4、5 层均为停车区域，全年最大负荷约5 MW，主要建设的内容有：光伏、储能、PCM 相变蓄冷、快充电桩、空调和照明智能改造等。整体建设思路如图1 所示。

图1 项目整体建设思路

1.1 光伏

在综合楼屋顶车位空间建设光伏车棚，总装机容量1 178.52 kWp，由2 562 块光伏组件组成，单个光伏组件功率460 Wp。光伏系统可为打造楼宇微电网奠定重要的元素基础，采用自发自用余电上网方式，自用消纳率按95%，年平均日照小时数按地理位置为1 238 h，系统效率按82%预估，以25 年运行期进行测算，可发“绿电”3 193.4 万kW·h，按照度电碳排放系数0.272 计算，可减少碳排放8 686 t，助力节能减排促进双碳目标的实现。

1.2 储能

在地下室负一楼的3 个配电房，每个配电房设置独立空间建设250 kW/680 kW·h 的磷酸铁锂电化学储能，总容量为750 kW/2 040 kW·h。储能系统以“削峰填谷”策略运行，谷时充电、峰时放电，每天“两充两放”。

储能系统严格按照承重荷载和室内消防验收考虑，具有独立的安置空间和消防体系。储能系统一方面为打造楼宇微电网奠定重要的元素基础，另一方面起到消纳光伏发电余量和作为备用电源的作用。此外，储能系统还可参与浙江电网“需求侧响应”，获得额外的补贴收益。

1.3 PCM 相变蓄冷

PCM 相变蓄冷技术，是目前最新的高科技中央空调蓄冷系统技术之一，它是利用纳米复合共晶盐相变材料，温度在8 °C 发生相变（由固体变液体吸收热量、由液体变固体释放热量）时可吸收或放出大量潜热而温度保持不变的特性，在晚上低谷用电时段制冷蓄冷，在白天用电高峰时不用或少用电制冷而放出蓄存冷量的一种蓄冷中央空调系统。它可以对电网的功率起到“削峰填谷”的作用，而且可以为用户节省大量的电费，具有良好的环保效益和经济效益。

在综合楼地下室负二楼冷冻机房，配置了2 台457 kW 离心式冷水机组、1 台246 kW 磁悬浮变频离心机组和2 400 RT·h 相变蓄冷。PCM 相变蓄冷材料可在8 °C 时发生相变，相较传统水介质的冰蓄冷，主机冷冻水出水温度最高可提高11 °C，而主机冷冻水温度每提高1 °C，蓄冷运行效率可提升5%，因而大大提高了制冷用能效率。

空调制冷功率与电功率转换关系如下：

式中：PRT为空调系统制冷量，RT；PK为空调系统制冷量，kW；PE为传统空调系统电负荷功率，kW；COP为传统空调系统电负荷与冷负荷的转换效率，取值一般为4.2～6.1 之间，本文取中间值5。

PCM 相变蓄冷系统在正常蓄冷放冷模式下，采用“一充一放”策略，即晚上负荷低谷时蓄冷8 h，白天负荷高峰时放冷8 h，放冷量为300 RT，相当于200 kW 传统空调电功率；在需求响应等应急放冷模式下，可提高至1 050 RT，相当于740 kW 传统空调电功率，该模式可运行2.3 h。

1.4 快充电桩

在综合楼分期建设充电桩总规模为251 个，其中慢充桩144 个，平均充电功率20 kW，单枪最高可达40 kW，快充桩107 个，平均充电功率60 kW，单枪最高可达120 kW，均为充电功率可调充电桩，在需要时可调节充电桩充电功率，压降微网负荷。目前一期已建设30 个快充桩。

1.5 空调和照明智能改造

对照明系统4 370 盏照明用灯，中央空调系统进行节能控制改造，实现照明、空调设备实时、全天候的自动监测和控制，并收集、计量、保存及分析管理系统运行重要数据，优化系统控制方案，在提高能源效率的同时满足环境运行需求。

2 智慧能源管理平台

智慧能源管理平台通过接入光伏、电化学储能、空调、照明、相变蓄冷、充电桩及配电负荷，根据不同控制模式，协调控制各个子系统协同工作，以达到功率或用电量的控制目标。智慧能源运行模式包括正常运行模式、经济运行模式、微电网运行模式、零碳模式、双控-功率模式和双控-电量模式，其整体示意图如图2 所示。

图2 智慧能源管理平台整体建设思路

整体控制策略分为功率控制和电量控制2 种，功率控制根据各个子系统的当前潜在功率，结合一定策略进行计算；而电量控制涉及未来一段时间的发电和负荷的预测，在功率控制基础上加入发电和负荷预测功能。智慧能源管理平台具体控制策略表如表1 所示。在执行模式切换的时候，系统当前实时功率和潜在功率的情况，结合控制策略计算得出目标控制值，并分解到各个子系统，切换指令发出时，即对各个子系统发出遥控和遥调指令。

表1 智慧能源管理平台具体控制策略表

3 实践创新

商贸城楼宇微电网建设实践打造了浙江首个楼宇级可离网运行的源-网-荷-储协同示范场景，通过唤醒商贸城内光伏、储能等分布式电源，照明、空调、电动汽车等丰富用户负荷，形成源-荷-储“内循环”及与电网互动“外循环”的“双循环”运行能力。

3.1 首台首套创新

针对大量分布式电源接入用户侧，研发嵌入式EMS 终端，实现同一套终端实现不同控制目标和控制逻辑的即插即用、即配即用。探索新型电力系统用户侧资源控制理论、控制体系和标准控制设备。形成可推广、可复制的用户侧资源控制解决方案。

3.2 技术应用创新

一是在该微电网实践中采用了高带宽、低延迟5G 通信技术构建5.8 GHz 无线专网，实现微网内各智慧融合终端与能量管理主站快速、可靠通信交互。二是采用了交直流混合网架，便于光伏、储能、直流充电桩等分布式资源的高效接入，有效降低损耗，提高电网的经济性和供配电效率。

3.3 模式机制创新

一是运行模式创新，根据外部环境需求，设置微电网正常运行模式、经济运行模式、微网运行模式等不同运行模式。二是商业模式创新，源网荷储资源接入义乌公司虚拟电厂平台，参与电力市场化交易，创造额外收益；同时接入浙江省地县3 级协同调度控制平台，服务于电网调度。

4 实践成效

4.1 用能数字化管理

基于综合能源智控平台，实现供给侧、需求侧各个环节用能数据的动态监测、统计、分析、控制和管理。可有效提升新能源发电占比5%，实现新能源全消纳，25 年产生绿电3 193.4 万kW·h，减少碳排放8 686 t。同时有效减低光伏、充电负荷对电网的冲击影响。

4.2 用能精细化管理

结合实际配电网负荷需求、光伏发电、储能放电、电价政策等多维度联动，科学制定用能管理方案，每年可节约电费116 万元。基于综合能源智控平台，实现光、储、充、冷多能互补，有效提高微网能源利用率5%。

4.3 用能规划化管理

聚合光伏、储能、相变蓄冷等多元资源，实现资源优化协调控制。打造5 MW 荷侧柔性资源池，可削峰2.7 MW，填谷1 MW。电网极端情况下，可离网运行2 h，有效降低局部电网负荷，可降低电网投资300 万元。同时资源接入虚拟电厂可同时参与电力市场交易，拓展能源价值。

4.4 项目投入产出情况

在原楼宇规划建设基础上，通过扩建光伏、储能、相变蓄冷等多元资源建设楼宇微电网，总投入共计1 975.3 万元。光伏年均发电量127.7 万kW·h，每年可产生效益88.8 万元；储能通过削峰填谷每天两充两放，每年可产生效益49.6 万元；相变蓄冷削峰填谷和空调系统智能控制，每年可产生效益42.2 万元；智能照明控制，每年可产生效益17.4 万元；通过建设伏、储能、相变蓄冷等多元资源，减少配变容量2 800 kV·A，削减配电房等各项原始投资约400 万元，项目入选浙江省能源局2022 年第一批新型电力系统示范项目，获得补贴300 万元。在不考虑政府补贴情况下，约8 年可收回投资，项目运行期按20 年计算，可产生效益3 960 万元，投入产出比约为2.51。

5 结束语

楼宇微电网作为典型的微网之一，调节潜力巨大，如何有效地聚合楼宇内部的多元资源，协同优化运行，对于用户节能减排和电网调度都具有至关重要的作用。本文探索打造了浙江首个楼宇级光储冷协调优化运行的楼宇微网，通过本地化的智慧能源管理平台，聚合光伏、储能、PCM 相变蓄冷等多元负荷侧资源，实现微网内部资源协调运行，效率最优。后续在该实践基础上，将进一步打造微网负荷聚合商，接入虚拟电厂平台参与电力市场交易，创造实际价值。