可再生能源与分布式发电接入技术欧盟研究项目述评

第2卷第6期/Vol.2No.6南方电网技术特约专稿/pp.1-172008年12月/Dec.2008SOUTHERNPOWERSYSTEMTECHNOLOGYFeaturedArticles文章编号：1674-0629(2008)06-0001-06中图分类号：TM715文献标志码：A可再生能源与分布式发电接入技术欧盟研究项目述评王成山，高菲，李鹏，丁菲（天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室，天津300072）ReviewontheEUResearchProjectsofIntegrationofRenewableEnergySourcesandDistributedGenerationWANGCheng-shan,GAOFei,LIPeng,DINGFei(KeyLaboratoryofPowerSystemSimulationandControlofMinistryofEducation,TianjinUniversity，Tianjin300072,China)Abstract：Facingtheseriousenergysituation,EuropeUnionpaysmoreandmoreattentiontotheresearchesontheintegrationofrenewableenergysourcesanddistributedgeneration,andsupportsaseriesofrelevantresearchprojectsunderThe5th,6thand7thFrameworkProgramme.Thispaperintroducestheoverallobjec-tivesoftheprojects,focusingontheworkpackagesandresultsofthemainprojectssuchasDISPOWER,MICROGRIDS,MOREMICROGRIDS,EU-DEEP,FENIX.TheconceptofSmartGrids,asthetrendoffutureenergynetworkofEurope,isalsointroduced.Finally,theenlightenmentofwhattheseresearchesbringtousissummarizedasfollows:tochangetheideafromcentralizationcon-troltodistributioncontrol;toattachimportancetotheapplicationofelectricandelectronictechnologiesandinformationcommunica-tiontechnology;andtothinkmuchofreliability,securityandpowerqualitythatcomefromdistributedenergyresources(DER)withahighpenetration.Keywords：EuropeUnion(EU)；energysituation；renewableenergysources(RES)；distributedgeneration(DG)摘要：在严峻的能源形势下，欧盟加大了对可再生能源和分布式发电技术研究的支持力度，并在第五，第六和第七框架计划下开展了一系列与之相关研究项目。鉴此，介绍了这些项目的整体目标，着重于DISPOWER,MICROGRIDS,MOREMICROGRIDS,EU-DEEP,FENIX等主要项目的研究内容及成果，在此基础上介绍了代表欧洲未来电网发展趋势的“智能电网”的概念，并揭示了这些研究带给我们的启示：要从传统的集中控制思想转变到新的分布式控制理念；要重视电力电子技术与ICT（InformationandCommunicationsTechnology）技术的应用；要重视高渗透率下DER给输配电网所带来的可靠性、安全性和电能质量等问题。关键词：欧盟；能源形势；可再生能源；分布式发电技术在能源短缺和环境保护双重压力下，欧洲传统的电力系统和电力市场正在经历着巨大的转变，促使欧盟在第五、第六和第七框架计划（The5th,6thand7thFrameworkProgramme）“能源、环境与可持续发展”主题下支持了一系列与可再生能源和分布式发电接入技术有关的研究项目[1]。仅在2002—2006这四年中就有超过一百家机构（包括电力公司，设备制造商，高校和研究机构等）参与了这些项目，其间总预算达3400万欧元。这些研究项目之间既各有侧重又相互联系，内容涵盖了从理论研究，技术应用，到市场开发的各个层面，构成了一个相对完整的体系结构。我国可再生能源资源十分丰富，虽然经过一些开发，但整体利用水平依然很低，在发展速度和水平上还远低于大多数发达国家。我国已于2006年1月1日正式实施了《可再生能源法》，并由国家发改委编制了《可再生能源产业发展指导目录》，为可再基金项目：国家高技术研究发展计划（863）资助项目（2007AA05Z250）；国家重大基础研究计划（973）资助项目（2009CB219700）。南方电网技术第2卷2生能源的发展提供了政策支持。另外，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，能源也被放在了重点发展领域的首位，特别是其中第四和第五个优先主题都考虑了分布式发电技术的开发利用问题。深入了解和总结欧盟在这方面开展的工作对我国的可再生能源利用和分布式发电技术发展等方面的研究有着重要的参考价值。1欧盟项目的研究背景当前，与世界其他国家一样，作为能源消耗占世界第二位的欧洲国家，也都面临着不同程度的能源短缺，并在一定程度上制约了经济的发展；另一方面，在欧洲引起气候变化的90%的二氧化碳排放是由能源消费造成的[2]。在世界范围内实施温室气体减排的大环境下，也需要通过新能源的开发利用减少能源消费带来的环境污染。因此，欧盟委员会在2006年发表的绿皮书《AEuropeanStrategyforSustainable,CompetitiveandSecureEnergy》[2]中强调，欧洲已经进入了一个新世纪，欧洲能源政策的核心是发展可持续的、具有竞争力的和安全供给的能源，并将通过连续一致的政策手段来达此目的。为了降低化石燃料在能源生产中所占的比例，可再生能源及与之相关的分布式发电技术无疑是当前最具潜力的选择。为此，欧洲议会与欧盟委员会在其关于促进可再生能源发电的指导性文件（2001/77/EC）[3]中订立了以下目标：——制定未来发展计划使得到2010年绿色电能在总用电量的比例从14%提高到22%；——到2010年促使可再生能源占总能源消费的比例翻一番，即从6%提高到12%；——进一步履行欧盟在《京都议定书》中关于温室气体减排的承诺。在政策支持下，欧洲各国可再生能源的利用已初见规模。表1给出了2005年欧盟部分国家可再生能源的装机容量和发电量[4]。可以看到，德国可再生能源的发展十分迅速，到2006年其可再生能源利用已占到所有能源的11.8%，其中风能占到了5%，而光伏发电量比上一年增长了53.8%。西班牙、丹麦、意大利和英国等国紧随其后。据估计，未来30年全球的能源需求预计将增加60%。到2030年，欧盟对能源的依赖度将从50%上升到70%，同时全球在能源方面的投资将达到12万亿欧元。表12005年欧洲部分国家可再生能源的装机容量和发电量Tab.1InstalledCapacityandProductionofRenewableEnergyinEuropeanUnion（2005）风能发电小水电国家装机容量/MW发电量/TWh光伏发电装机容量/MW装机容量/MW发电量/TWh生物能发电量/GWh德国18427.026.51537.01584.08.55564.0西班牙9911.020.751.81788.03.8879.4丹麦3129.06.62.611.0-274.0意大利1639.02.337.52405.59.91313.1英国1565.02.910.7157.90.5469.02欧盟项目简介IRED（IntegrationofRenewableEnergySourcesandDistributedGenerationintotheEuropeanElectric-ityGrid）是由欧盟委员会资助，100多家研究机构和电力企业参与的一系列研发项目的总称[1]。这些项目包括在第五框架计划下支持的7个与可再生能源和分布式发电技术相关的项目，以及随后在第六框架计划中扩展的一些后续项目。IRED着眼于将可再生能源和分布式发电技术应用在未来的欧洲电网中，从而建立具有竞争力并提供可靠电力供应的欧洲电力工业，这种变化对电力系统而言是深刻而巨大的，图1和图2反映了分布式发电技术对电力系统结构的影响。下面具体介绍IRED中几个具有代表意义的项目。表2给出了欧盟开展的与可再生能源和分布式发电相关的主要研究项目的基本情况。2.1DISPOWER[5]DISPOWER(DistributedGenerationwithHighPenetrationofRenewableEnergySources)是由来自德国，法国及荷兰等11个国家的38家研究机构和电力企业在欧盟第五框架计划下于2001—2005年之间完成的一个项目。DISPOWER项目的主要目标是为欧洲电力系统向更加分散的发电方式与更加面向市场的结构转变提供支持。项目对电网稳定与控制，电能质量与用电安全，电网稳定与控制设备的测试，分布式发电技术在区域供电系统中的实现，低压电网中的分布式电源运行与电能质量管理等11个方面进行了深入研究，不但开发了用于规划、运行控制、培训第6期王成山，等：可再生能源与分布式发电接入技术欧盟研究项目述评3仿真、能量预测与电能交易的新的方法和工具，而且在多种不同电压水平的配电网络中建立了用于新型控制策略和用于DER元件开发、测试和验证的实验系统。图1市场环境下的电力系统组成Fig.1StructureofPowerSystemunderMarketEnvironment图2引入分布式发电技术后电力系统结构Fig.2StructureofPowerSystemaftertheIntegrationofDER表2与可再生能源和分布式发电相关的主要研究项目Tab.2MainProjectsRelatedtoRESandDGinEU项目名称起止时间项目状态经费预算/万欧元所属项目SUSTELNET2002—2003完成1705thFPDISPOWER2001—2005完成16805thFPMICROGRIDS2003—2005完成4405thFPMOREMICRO-GRIDS2006—2009在研7806thFPCRISP2002—2006完成3005thFPDGFACTS2003—2005完成3605thFPENIRDGnet2001—2004完成2405thFPINVESTIRE2001—2003完成805thFPEU-DEEP2004—2009在研15006thFPSOLID-DER2005—2008在研1506thFPFENIX2005—2009在研7806thFPDERLab2005—2011在研4106thFP目前，DISPOWER项目的许多成果已经被成功的融入到欧洲各个供电地区不断发展的分布式发电系统中，并为未来的工业标准化奠定了基础。2.2MICROGRIDS[6]&MOREMICRO-GRIDS[7]MICROGRIDS(LargeScaleIntegrationofMi-cro-GenerationtoLowVoltageGrids)是由来自希腊，葡萄牙及法国等7个国家的14个研究机构和组织在欧盟第五框架计划的支持下于2003—2005年之间完成的一个项目。项目基于“微网”的概念，认为将分布式电源以微网的形式接入到大电网并网运行，