1、微電網(wǎng)的發(fā)展緣起
分布式發(fā)電就是利用各種可用和分散存在的能源，如：太陽能、風(fēng)能等可再生能源和天然氣為燃料的冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)。分布式發(fā)電的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：位置靈活、分散，適應(yīng)分散電力需求和資源分布；可以與大電網(wǎng)互為備份，改善供電可靠性；容易滿足負(fù)荷需求，有利于可再生能源高效和規(guī)模化利用。我國可再生能源發(fā)電模式是集中發(fā)電遠(yuǎn)距離輸電與分布式發(fā)電相結(jié)合的方式。
為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分利用分布式電源為電網(wǎng)和用戶帶來的價(jià)值和效益，提出了微網(wǎng)（微能源網(wǎng)）的概念。歐盟對(duì)于微電網(wǎng)的定義是：微網(wǎng)是利用分布式能源、儲(chǔ)能裝置和可控負(fù)荷共同組成的低壓網(wǎng)絡(luò)，容量范圍從幾百千瓦到幾個(gè)兆瓦，能夠與配電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，在上一級(jí)電網(wǎng)故障時(shí)可脫網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，故障恢復(fù)后可重新并網(wǎng)。國網(wǎng)電科院對(duì)微電網(wǎng)的定義是：微網(wǎng)是由分布式電源、儲(chǔ)能和負(fù)荷構(gòu)成的可控儲(chǔ)能系統(tǒng)，可平滑接入大電網(wǎng)和獨(dú)立自治運(yùn)行，是發(fā)揮分布式電源效能的有效方式。
2、微電網(wǎng)的特征
微電網(wǎng)是指以分布式電源為主，利用儲(chǔ)能和控制裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電力電量平衡的小型供電網(wǎng)絡(luò)，可并網(wǎng)運(yùn)行也可離網(wǎng)運(yùn)行。由于風(fēng)電、光伏發(fā)電等分布式電源具有分散性和間歇性的特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量、控制保護(hù)、運(yùn)行可靠性帶來不利影響，隨著儲(chǔ)能和運(yùn)行控制等技術(shù)的進(jìn)步，本世紀(jì)初歐美部分學(xué)者提出了微電網(wǎng)概念。總結(jié)美國、歐洲、日本等國20個(gè)微電網(wǎng)試點(diǎn)工程，具備以下四個(gè)基本特征：
1.微型：微電網(wǎng)電壓等級(jí)一般在10kV以下；系統(tǒng)規(guī)模一般在兆瓦級(jí)及以下；與終端用戶相連，電能就地利用。
2.清潔：微電網(wǎng)內(nèi)部分布式電源以清潔能源為主，或是以能源綜合利用為目標(biāo)的發(fā)電形式。天然氣多聯(lián)供系統(tǒng)綜合利用率一般應(yīng)在70%以上。
3.自治：微電網(wǎng)內(nèi)部電力電量能實(shí)現(xiàn)基本自平衡，與外部電網(wǎng)的電量交換一般不超過總電量的20%。
4.友好：微電網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)有支撐作用，可以為用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力，能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)/離網(wǎng)模式的平滑切換。
3、未來電網(wǎng)與電氣裝備新技術(shù)
廣義的電網(wǎng)是從發(fā)電設(shè)備到用電設(shè)備的各個(gè)環(huán)節(jié)的統(tǒng)一整體。目前，我國電網(wǎng)已經(jīng)基本形成了“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的總體格局，已經(jīng)覆蓋了全國大部分地區(qū)，成為世界最大的電網(wǎng)之一。
現(xiàn)代電網(wǎng)的主要特征是交流模式、跨區(qū)互聯(lián)、發(fā)電資源可調(diào)度、電源以大型發(fā)電廠為主，用戶側(cè)無電源，發(fā)-輸-配-用各環(huán)節(jié)可通過自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備實(shí)現(xiàn)供需平衡。它存在的主要問題是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理問題、安全穩(wěn)定性問題突出、電能質(zhì)量和電網(wǎng)效率有待于改善。
可再生能源區(qū)別于化石能源的主要特征是受天氣的影響，不可調(diào)度（間歇性、波動(dòng)性）；分散性，但負(fù)荷密集區(qū)卻缺少能源；一般不能通過交通運(yùn)輸工具輸送（生物質(zhì)能除外）；能源多樣性（光、風(fēng)、地?zé)帷⑺?、海洋能）；發(fā)電方式差異較大；無法儲(chǔ)存（生物質(zhì)能除外，水利可短時(shí)儲(chǔ)存）；資源具有時(shí)空互補(bǔ)性；主要利用方式是發(fā)電。
由于可再生能源的資源特點(diǎn)及發(fā)電模式與常規(guī)能源具有很大區(qū)別，將對(duì)未來電網(wǎng)發(fā)展帶來革命性的挑戰(zhàn)，這就需要我們對(duì)未來電網(wǎng)運(yùn)行模式進(jìn)行重新思考。解決方式一般從三個(gè)方面著手：一是改變電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式。任何一個(gè)體系的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式對(duì)于其功能的影響是關(guān)鍵性的。例如，大同市有自己的治理結(jié)構(gòu)。為了促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)，成立新的組織結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)新的變化和需要。二是采用超導(dǎo)與新材料的電氣設(shè)備，改善電網(wǎng)物理基礎(chǔ)。材料是推動(dòng)這個(gè)設(shè)備性能改造的源頭性的東西，非常關(guān)鍵。三是采用信息技術(shù)提高電網(wǎng)的智能化程度。信息技術(shù)在飛速地發(fā)展，把信息技術(shù)融入其中，來促進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)的變革。
4、綜合能源系統(tǒng)
能源互聯(lián)網(wǎng)是指能源系統(tǒng)的信息載體與網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一與融合，不同的能源可以通過轉(zhuǎn)化設(shè)備與熱力網(wǎng)、電力網(wǎng)在物理層融合，用戶可以借助市場(chǎng)和信息對(duì)能源需求做出自己的選擇。能源和信息不一樣。單一的信息沒有太大價(jià)值，但信息和信息經(jīng)過交換會(huì)增加新的價(jià)值。能源就不一樣了，能源的轉(zhuǎn)換和傳輸過程中都有衰減。當(dāng)然能源的傳輸會(huì)有各種方案，但單一的把互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架拿來做能源系統(tǒng)是不太合理的。”
雖然可再生能源系統(tǒng)的硬成本在下降，但軟成本的下降并不明顯，導(dǎo)致目前軟成本占到整個(gè)項(xiàng)目成本的比例在增加，這可能是未來能源系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)比較大的障礙。從資源角度來說，未來能源系統(tǒng)會(huì)從資源型向集成化智能化轉(zhuǎn)變。從消費(fèi)觀看，未來能源系統(tǒng)把生產(chǎn)者和消費(fèi)者結(jié)合在一起，形成一個(gè)新詞——產(chǎn)銷一體。比如這棟辦公樓，原來是一個(gè)能源消費(fèi)者。如果在屋頂加上光伏，不僅可以滿足自我使用，同時(shí)也可以發(fā)電上網(wǎng)，就變成一個(gè)銷售者。這樣的變化會(huì)引發(fā)商業(yè)模式的改變。此外，多能綜合能源系統(tǒng)與其他各個(gè)行業(yè)的滲透與儲(chǔ)能有很大關(guān)系。
5、微電網(wǎng)的基本形態(tài)
微電網(wǎng)主要是利用儲(chǔ)能和控制裝置，實(shí)現(xiàn)分布式電源與本地負(fù)荷電力電量自平衡的微型供電網(wǎng)絡(luò)，是新技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，是智能電網(wǎng)的組成部分。分布式電源并網(wǎng)不一定要依靠微電網(wǎng)技術(shù)；但微電網(wǎng)必然包含分布式電源，同時(shí)配置能量管理系統(tǒng)、控制裝置、儲(chǔ)能裝置等實(shí)現(xiàn)“自治”“友好”。
未來電網(wǎng)的基本形態(tài)是大電網(wǎng)與微網(wǎng)并存。所謂廣域大電網(wǎng)就是有機(jī)整合各種可再生能源的時(shí)空互補(bǔ)性，并實(shí)現(xiàn)資源密集區(qū)的電力向負(fù)荷密集區(qū)的大容量遠(yuǎn)距離輸送。分布式電源和微網(wǎng)是指就地利用分散資源，保障用戶供電安全可靠性，并可向大電網(wǎng)“上傳”多余電力。例如，廣域風(fēng)能時(shí)空互補(bǔ)后，無需配置儲(chǔ)能或者配置很少容量的儲(chǔ)能便能滿足現(xiàn)行我國風(fēng)電并網(wǎng)要求。
6、電網(wǎng)運(yùn)行模式的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
1879年，愛迪生發(fā)明了直流發(fā)電機(jī)，并提出了直流供電系統(tǒng)。1887年，特斯拉研制出世界上第一臺(tái)無電刷交流感應(yīng)馬達(dá)；1897年，西屋公司在尼亞加拉水電站的首臺(tái)交流發(fā)電機(jī)（10萬馬力）投入運(yùn)行，并奠定了現(xiàn)代電網(wǎng)的基礎(chǔ)。
人類最初的輸電方式是直流輸電。由于不能直接給直流電升壓，于是三相交流發(fā)電機(jī)和變壓器被相繼發(fā)明。從此，交流輸電普遍代替了直流輸電，并確立了交流輸電的主體地位，從而形成了今天普遍被采用的交流電網(wǎng)。然而電力系統(tǒng)的規(guī)模迅速擴(kuò)大也使得交流大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問題日益突出。未來，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整將使得電網(wǎng)規(guī)模較當(dāng)前有成倍的增長。
未來的輸配電網(wǎng)和分布式電網(wǎng)將逐步向以直流為主或交直流混合的運(yùn)行模式方向發(fā)展。未來電網(wǎng)向直流運(yùn)行模式的革命性轉(zhuǎn)變也將催生大量的科技創(chuàng)新機(jī)遇和一大批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在技術(shù)方面卻需要很大的突破。2013年4月美國麻省理工學(xué)院公布了未來可能改變世界的十大科學(xué)技術(shù)，“直流電超級(jí)電網(wǎng)”就是其中一項(xiàng)，并認(rèn)為“直流電網(wǎng)使得遙遠(yuǎn)的可再生能源鏈接更加有效?！?
2008年初，冰雪天氣導(dǎo)致我國發(fā)生大面積停電，只有少數(shù)小電網(wǎng)在支撐重要用戶運(yùn)行。這暴露了我國現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在保障用戶供電方面所存在的薄弱環(huán)節(jié)同時(shí)也將微型電網(wǎng)的作用充分展示了出來，并促使我國加快了對(duì)微型電網(wǎng)的研究步伐。2009年，中國國家科技部通過“973”計(jì)劃項(xiàng)目，專門資助了分布式發(fā)電供能系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)研究。2010年，中國國家科技部通過《國家高科技研究發(fā)展計(jì)劃（863）》立項(xiàng)了近十個(gè)有關(guān)微電網(wǎng)方面的研究課題?！笆濉逼陂g，我國將在太陽能、風(fēng)能占優(yōu)勢(shì)的地區(qū)建設(shè)成微電網(wǎng)示范區(qū)，同時(shí)還將推動(dòng)建設(shè)100座新能源示范城市。我國微電網(wǎng)的發(fā)展雖尚處于起始階段，但微電網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)我國電力發(fā)展的需求和方向，具有廣闊的發(fā)展前景。
7、微電網(wǎng)與多能互補(bǔ)的技術(shù)趨勢(shì)
在能源的生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)過程中，被浪費(fèi)掉的電力才是最應(yīng)該關(guān)注的部分。因此在未來的微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該考慮的是原有能源系統(tǒng)中有多少能效提升的可能，在規(guī)劃新的電源和系統(tǒng)的時(shí)候也必須優(yōu)先考慮能效提升后的轉(zhuǎn)機(jī)需求，盡可能地降低系統(tǒng)的能源供應(yīng)成本。
在目前各類微電網(wǎng)設(shè)計(jì)模型中，熱電氣多能互補(bǔ)模式是性價(jià)比最高的，沒有之一。在當(dāng)前的技術(shù)水平下，熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備將成為微網(wǎng)系統(tǒng)的核心，同時(shí)在條件允許的地區(qū)，風(fēng)電和光伏也將成為微網(wǎng)發(fā)電的重要組成部分。在美國的眾多微電網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)踐中，熱電聯(lián)產(chǎn)通常占據(jù)80%的發(fā)電容量，風(fēng)電和光伏承擔(dān)剩下的20%。在未來，隨著可再生能源發(fā)電成本的繼續(xù)降低以及新技術(shù)的發(fā)展，可再生能源的發(fā)電占比還會(huì)繼續(xù)提升。
可再生能源電力的優(yōu)勢(shì)自然是零排放的清潔電力，而且不需要額外構(gòu)建燃料的運(yùn)輸渠道，缺點(diǎn)也十分明顯，在缺乏足夠的儲(chǔ)能設(shè)備的情況下，能源供應(yīng)的穩(wěn)定性受到了很大的挑戰(zhàn)。為了緩解微電網(wǎng)系統(tǒng)中由于風(fēng)電和光伏的間歇性發(fā)電和負(fù)荷側(cè)的波動(dòng)，儲(chǔ)能設(shè)備成為大多數(shù)微電網(wǎng)的標(biāo)配。此處的儲(chǔ)能設(shè)備不僅僅指代電池，還包括儲(chǔ)熱和儲(chǔ)氣等不同種類能源介質(zhì)的儲(chǔ)存。在電池作為大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備成本依然較高的情況下，其他類型的儲(chǔ)能設(shè)備反而能夠在多能互補(bǔ)的微電網(wǎng)項(xiàng)目中得到更多的應(yīng)用。
目前，大多數(shù)微網(wǎng)項(xiàng)目的儲(chǔ)能設(shè)備還是用于平滑用戶負(fù)荷曲線、彌補(bǔ)日內(nèi)和周內(nèi)的發(fā)用電缺口。長期的季節(jié)性儲(chǔ)能設(shè)備暫未有較好的整合方案?？傮w來看，微電網(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃必須全盤考慮當(dāng)?shù)氐馁Y源稟賦和用戶的需求，以系統(tǒng)能源供應(yīng)的安全性和可靠性為第一標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上再考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。設(shè)計(jì)中不僅要考慮能源供需的平衡，還要考慮能夠提供靈活性的設(shè)備與消耗靈活性的設(shè)備之間的平衡。
8、微電網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)
微電網(wǎng)是規(guī)模較小的分散的獨(dú)立系統(tǒng)，它將由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量裝換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。微電網(wǎng)本身可看做是小型的電力系統(tǒng)，具備完整的運(yùn)輸配電功能，可實(shí)現(xiàn)可再生能源的安全消納。同時(shí)微電網(wǎng)本身還是一個(gè)典型的分布式發(fā)電功能系統(tǒng)，可通過能源之間的調(diào)度，提高終端能源的利用率。
微電網(wǎng)的特征是以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，融合儲(chǔ)能、控制和保護(hù)裝置；接入的電壓是配電網(wǎng)電壓等級(jí)；能夠在聯(lián)網(wǎng)和孤島兩種模式運(yùn)行；分布式電源之間有一定地理距離。
微網(wǎng)方式運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：
1.提高分布式電源的有效運(yùn)行時(shí)間；
2.在電網(wǎng)災(zāi)變情況下為重要用戶持續(xù)供電；
3.降低用戶對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)供電可靠性的要求；
4.實(shí)現(xiàn)可再生能源綜合優(yōu)化利用；
5.微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和細(xì)胞結(jié)構(gòu)。因此，發(fā)展微電網(wǎng)技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義巨大。
9、微電網(wǎng)的作用
首先，微電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光等可再生分布式能源一體化并網(wǎng)，對(duì)無序接入分布式電源進(jìn)行統(tǒng)一管控，提高電網(wǎng)接納間歇性分布式電源的能力，解決規(guī)模光伏輸出功率波動(dòng)的問題，提升網(wǎng)內(nèi)功率動(dòng)態(tài)平衡能力。
第二，微電網(wǎng)通過協(xié)調(diào)控制，使微網(wǎng)內(nèi)分布式電源通過有效配合來均衡負(fù)載、延緩電網(wǎng)升級(jí)、減小線路投資，解決因規(guī)模間歇性電源接入需要增加主網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用容量的問題。
第三，微電網(wǎng)對(duì)內(nèi)通過對(duì)不同類型分布式電源及負(fù)荷進(jìn)行整合，對(duì)外可等效為一個(gè)可調(diào)度的單元，參與系統(tǒng)調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)一定經(jīng)濟(jì)效益，提高大量分布式光伏接入的經(jīng)濟(jì)性。
第四，在用戶端形成戶用微電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性化、差異化服務(wù)，解決用戶需求多樣性的問題。
第五，以電為載體，形成微型的綜合能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種能源聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行。
10、微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成
新時(shí)代對(duì)能源發(fā)展提出了清潔化、智能化、高效化以及安全可靠的要求，而隨著可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的不斷成熟，大力發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。和傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)的最大特點(diǎn)是可以對(duì)分布式能源進(jìn)行就地消化、就地平衡，同時(shí)也可以和大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換。正因如此，微電網(wǎng)被認(rèn)為是智能電網(wǎng)領(lǐng)域的重要組成部分，在工商業(yè)區(qū)域、城市片區(qū)以及偏遠(yuǎn)地區(qū)有廣泛的應(yīng)用前景。隨著分布式可再生能源儲(chǔ)能微電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步、成本的降低、新型負(fù)荷的出現(xiàn)，結(jié)合售電側(cè)改革，微電網(wǎng)將會(huì)有越來越多的電力市場(chǎng)份額。
當(dāng)前我國新能源發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛，按照規(guī)劃，2050年風(fēng)電和光伏的裝機(jī)容量都將達(dá)到10億千瓦。但與新能源發(fā)展相伴，棄風(fēng)棄光現(xiàn)象非常嚴(yán)重。究其原因，是因?yàn)樾履茉窗l(fā)電具有不穩(wěn)定性和間歇性，大規(guī)模開發(fā)和利用將使供需矛盾更加突出。從某種意義上說，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的程度將決定新能源的發(fā)展水平。儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，關(guān)鍵是電池技術(shù)的進(jìn)步。可再生能源+儲(chǔ)能”是新能源發(fā)展的必然選擇，而儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性決定了儲(chǔ)能電池技術(shù)的多元化發(fā)展方向。未來針對(duì)電力調(diào)峰儲(chǔ)能的大容量電池和電力調(diào)頻儲(chǔ)能的大功率電池，還有待技術(shù)的創(chuàng)新突破。儲(chǔ)能電池包括六大技術(shù)內(nèi)涵，其中，電池材料是基礎(chǔ)，但并不是儲(chǔ)能電池技術(shù)研究的全部。
11、微電網(wǎng)的集成及運(yùn)營管理
微電網(wǎng)有兩種運(yùn)行模式，第一種是并網(wǎng)模式，正常情況下微網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，成為聯(lián)網(wǎng)模式；第二種是孤島模式，當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不滿足要求時(shí)，微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開而獨(dú)立運(yùn)行，成為孤島模式。
在電網(wǎng)發(fā)生大擾動(dòng)和故障時(shí)，微電網(wǎng)仍能保持對(duì)用戶的供電能力，而不發(fā)生大面積停電事故；在自然災(zāi)害和極端氣候條件下造成外力破壞的情況下仍能保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行；具有確保信息安全的能力和破解計(jì)算機(jī)病毒破壞的能力。
微電網(wǎng)具有實(shí)時(shí)、連續(xù)的安全評(píng)估和分析能力，強(qiáng)大的預(yù)警控制系統(tǒng)和預(yù)防控制能力，自動(dòng)故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)的能力。微電網(wǎng)支持可再生能源的正確、合理的接入，適應(yīng)分布式發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)，能使需求側(cè)供電的功能更加完善和提高，從而實(shí)現(xiàn)與用戶的交互和高效互動(dòng)，滿足用戶多樣化的電力需求。
微電網(wǎng)支持電力市場(chǎng)和電力交易的有效開展，實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，進(jìn)一步降低電網(wǎng)損耗，提高能源利用效率，為用戶提供可承受電價(jià)水平的電力供應(yīng)。微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)信息的高度集成和共享，采用統(tǒng)一的平臺(tái)和模型，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化管理。微電網(wǎng)可以進(jìn)一步優(yōu)化資產(chǎn)的利用，降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本。
12、分布式電源
各國分布式電源的發(fā)展是由其資源分布特點(diǎn)、政策激勵(lì)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)等決定。我國風(fēng)能、太陽能資源主要富集在“三北”地區(qū)，主要以大規(guī)模發(fā)展為主，分布式開發(fā)條件不及歐美；天然氣資源匱乏；小水電資源豐富，優(yōu)于歐美。小水電、風(fēng)電、生物質(zhì)發(fā)電以及資源綜合利用發(fā)電政策已較完備。光伏發(fā)電、天然氣多聯(lián)供政策相比歐美尚有欠缺。風(fēng)電、光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)與國外相當(dāng)，燃機(jī)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)與國外尚有差距。
分布式電源的大量接入會(huì)對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)帶來一系列挑戰(zhàn)，穿透功率越大，挑戰(zhàn)越大。建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和發(fā)展電網(wǎng)友好型分布式電源技術(shù)是解決高穿透率分布式電源并網(wǎng)問題的關(guān)鍵。
13、微電網(wǎng)的核心技術(shù)
智能微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包含以下幾點(diǎn)：
1.可再生能源發(fā)電技術(shù)。目前智能微電網(wǎng)主要以多種可再生能源為主，電源輸入主要為光伏、風(fēng)力、氫能、天然氣、沼氣等多種成熟發(fā)電技術(shù)。
2.儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)。儲(chǔ)能是微電網(wǎng)中不可缺少的一部分，它在微電網(wǎng)中能夠起到削峰填谷的作用，極大地提高間歇式能源的利用效率。隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的儲(chǔ)能主要有蓄電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能，目前較為成熟的儲(chǔ)能技術(shù)是鉛酸蓄電池，但有壽命短和鉛污染嚴(yán)重的問題。未來高儲(chǔ)能、低成本，優(yōu)質(zhì)性能的石墨烯電池市場(chǎng)化將給儲(chǔ)能行業(yè)帶來春天。儲(chǔ)能技術(shù)目前發(fā)展成本較高，世界各國都在攻關(guān)這項(xiàng)技術(shù)，但是都有一個(gè)共同目的，那就是實(shí)現(xiàn)“低成本+高儲(chǔ)能”的目標(biāo)。
3.智能微電網(wǎng)能量優(yōu)化調(diào)度技術(shù)。與傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)不同，智能微電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)屬于橫向的多種能源互補(bǔ)的優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，可充分挖掘和利用不同能源直接的互補(bǔ)替代性，不僅可以實(shí)現(xiàn)熱、電、冷的輸出，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)光/電、熱/冷、風(fēng)/電、直/交流的能源交換。各類能源在源-儲(chǔ)-荷各環(huán)節(jié)的分層實(shí)現(xiàn)有序梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度，達(dá)到能源利用效率最優(yōu)。
4.智能微電網(wǎng)保護(hù)控制技術(shù)。智能微電網(wǎng)中有多個(gè)電源和多處負(fù)荷，負(fù)載的變化、電源的波動(dòng)，都需要通過儲(chǔ)能系統(tǒng)或外部電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。這些電源的調(diào)節(jié)、切換和控制就是由微網(wǎng)控制中心來完成的。微網(wǎng)控制中心除了監(jiān)控每個(gè)新能源發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)載的電力參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)和電力質(zhì)量與能量參數(shù)外，還要進(jìn)行節(jié)能和電力質(zhì)量的提高。
14、微電網(wǎng)的試點(diǎn)狀況
2015年7月，國家能源局發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目建設(shè)的指導(dǎo)意見》，鼓勵(lì)新能源微電網(wǎng)建設(shè)，推動(dòng)形成分布式能源系統(tǒng)創(chuàng)新管理模式和先進(jìn)技術(shù)體系。2017年5月，《關(guān)于新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目名單的通知》發(fā)布，首批28個(gè)項(xiàng)目獲批。2017年7月，《推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》正式發(fā)布，促進(jìn)并規(guī)范微電網(wǎng)健康發(fā)展。
國內(nèi)微電網(wǎng)起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅猛，已經(jīng)初步建立了關(guān)鍵技術(shù)研究體系及一些示范工程，如：河南鄭州財(cái)專分布式電源接入及微電網(wǎng)控制智能電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目，電壓等級(jí)為380V，容量規(guī)模為光伏350KW，電池儲(chǔ)能200KW/200KWh。浙江分布式發(fā)電/儲(chǔ)能及微電網(wǎng)接入控制試點(diǎn)項(xiàng)目，電壓等級(jí)為380V，容量規(guī)模為光伏60KW、風(fēng)電10kKW、雙饋模擬系統(tǒng)30KW、柴油機(jī)250KW、蓄電池儲(chǔ)能60KW/60KWH、飛輪儲(chǔ)能250KW。河北承德圍場(chǎng)縣御道口村莊微電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目，電壓等級(jí)為380V，容量規(guī)模為光伏50KW、風(fēng)電60KW、鋰電池儲(chǔ)能100KW/128KWH；中新天津生態(tài)城分布式電源接入及微電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目，電壓等級(jí)為380V，容量規(guī)模為光伏30KW、風(fēng)電6KW、鋰電池儲(chǔ)能15KW/60KWH；陜西世園會(huì)微電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目，電壓等級(jí)為380V，容量規(guī)模為光伏50KW、風(fēng)電12KW、鋰電池儲(chǔ)能25KW/50KWH。
未來微電網(wǎng)將向綜合能源網(wǎng)發(fā)展，將電力、燃?xì)狻⑺畡?wù)、熱力、儲(chǔ)能等資源捆綁為整體資源，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)、熱網(wǎng)絡(luò)與冷網(wǎng)絡(luò)三個(gè)彼此耦合，統(tǒng)一解決有關(guān)能源的有效利用和調(diào)峰問題。相較熱網(wǎng)絡(luò)和冷網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)絡(luò)具有易互聯(lián)、損耗小、傳輸快等特點(diǎn)，將成為來綜合能源網(wǎng)的核心，也給電網(wǎng)發(fā)展帶來機(jī)遇。
15、微電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的障礙
目前，微電網(wǎng)的發(fā)展面臨一個(gè)行業(yè)痛點(diǎn)，就是沒有成熟的通用可拓展解決方案。單一可再生能源并網(wǎng)發(fā)電在消納方面遇到較大障礙，難以支撐目前可再生能源的井噴式發(fā)展，需采用多種能源互補(bǔ)和相互轉(zhuǎn)化，提升綜合能源效率與供能質(zhì)量及可靠性，這是未來的發(fā)展趨勢(shì)；集中管理方案不夠靈活，往往屬于開發(fā)定制、不能適應(yīng)多樣性的能源接入、更不利于升級(jí)和拓展，運(yùn)維復(fù)雜，智能化程度不高；目前各微網(wǎng)系統(tǒng)方案獨(dú)立、不便形成合力，缺乏足夠開放、靈活，拓展和兼容性足夠強(qiáng)大的信息化平臺(tái)出現(xiàn)，提升運(yùn)維效率；缺乏統(tǒng)一、組態(tài)化、適應(yīng)性強(qiáng)的能量綜合管理算法和策略。
我國的微電網(wǎng)技術(shù)處于起步階段，還不夠成熟，涉及的先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)等在微電網(wǎng)中的應(yīng)用水平不高，且我國尚無統(tǒng)一、規(guī)范的微電網(wǎng)體系技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，尤其對(duì)微電網(wǎng)接入、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)行和設(shè)備制造等環(huán)節(jié)，都缺乏相應(yīng)的國家層面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與管理規(guī)范。微電網(wǎng)建設(shè)的投資成本較高成為了制約微電網(wǎng)發(fā)展的主要因素，微電網(wǎng)控制系統(tǒng)價(jià)格不菲，其儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本較高，而儲(chǔ)能系統(tǒng)僅占到整個(gè)微電網(wǎng)控制系統(tǒng)成本的三分之一，加上變配電設(shè)置和控制系統(tǒng)，以及后期的運(yùn)營維護(hù)，都導(dǎo)致微電網(wǎng)成本居高不下。
16、微電網(wǎng)的發(fā)展與面臨的挑戰(zhàn)
隨著智能配電網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的分布式發(fā)電/微網(wǎng)，儲(chǔ)能，電動(dòng)汽車，智能終端接入到其中，配電網(wǎng)已轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔艿氖占?、傳輸、存?chǔ)與分配等多種功能于一體的新型能源系統(tǒng)，未來配電網(wǎng)需要主動(dòng)地對(duì)這些接入設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化與控制。
風(fēng)、光等可再生能源所具有的隨機(jī)性、間歇性要求配電網(wǎng)能夠進(jìn)行快速響應(yīng)、及時(shí)調(diào)整，同時(shí)電動(dòng)汽車的大量接入加劇了不同饋線負(fù)荷的不均衡；然而常規(guī)配電網(wǎng)依靠變壓器分接頭調(diào)整、開關(guān)操作等方式，其響應(yīng)速度難以應(yīng)對(duì)出力的突變，效果有限，在實(shí)際應(yīng)用過程中，還涉及倒閘操作、合環(huán)電流沖擊、安全性可靠性等問題，配電網(wǎng)缺乏對(duì)有功/無功以及電壓快速、精準(zhǔn)的調(diào)控手段，亟需新型的調(diào)控裝置與技術(shù)。
為此2017年國家智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點(diǎn)專項(xiàng)，設(shè)立了關(guān)于智能配電柔性多狀態(tài)開關(guān)技術(shù)、裝備及示范應(yīng)用項(xiàng)目。項(xiàng)目共有5個(gè)課題，包括智能配電交流電力電子柔性多狀態(tài)開關(guān)裝置研究、柔性多狀態(tài)開關(guān)調(diào)控技術(shù)研究、柔性多狀態(tài)開關(guān)接入模式研究、柔性多狀態(tài)開關(guān)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)研究、柔性多狀態(tài)開關(guān)系統(tǒng)集成技術(shù)研究與示范應(yīng)用，目前項(xiàng)目正處于在研階段，目標(biāo)建成智能配電交流電力電子柔性多狀態(tài)開關(guān)裝置以及滿足配電網(wǎng)分布式電源消納、電能質(zhì)量改善、運(yùn)行優(yōu)化與自愈控制技術(shù)要求的柔性多狀態(tài)開關(guān)調(diào)控技術(shù)的示范工程。
17、我國微電網(wǎng)的發(fā)展前景
“十二五”期間，智能電網(wǎng)的重點(diǎn)任務(wù)是發(fā)展大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)技術(shù)，突破大規(guī)模間歇式新能源電源并網(wǎng)與儲(chǔ)能、智能配用電、大電網(wǎng)智能調(diào)度與控制、智能裝備等智能電網(wǎng)核心關(guān)鍵技術(shù)。微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的有機(jī)組成部分，隨著國家加大對(duì)智能電網(wǎng)的投資力度，微電網(wǎng)也面臨良好的發(fā)展機(jī)遇。未來隨著微電網(wǎng)技術(shù)不斷成熟、可再生能源成本下降、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及未來化石能源價(jià)格的持續(xù)上漲，微電網(wǎng)將得到爆發(fā)式增長。
微電網(wǎng)在全球能源轉(zhuǎn)型中作用漸顯。任何國家，穩(wěn)定的電力供應(yīng)都是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ畹淖罨颈Ｕ稀ｋm然暫時(shí)性的停電對(duì)家庭生活只會(huì)帶來些許不便，但對(duì)于醫(yī)院和軍事基地等關(guān)鍵設(shè)施而言，斷電很可能會(huì)造成重要服務(wù)或軍事任務(wù)的中斷，繼而危及人類生命安全。為本地需求提供電力的小型網(wǎng)絡(luò)——微電網(wǎng)，是規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑之一。目前在全球有數(shù)以百計(jì)的微電網(wǎng)正在運(yùn)行，并且它們的數(shù)量仍在增長。在包括并網(wǎng)型和獨(dú)立型系統(tǒng)的各種微電網(wǎng)配置實(shí)踐中，我們可以有機(jī)會(huì)洞察微電網(wǎng)整合高比例波動(dòng)的可再生能源的能力。近年來，太陽能和風(fēng)能發(fā)電成本大幅下降，這意味著太陽能和風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)具備了與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電技術(shù)相當(dāng)?shù)某杀靖?jìng)爭(zhēng)力。這使得微電網(wǎng)能夠在完成穩(wěn)定電力供應(yīng)這一主要任務(wù)的同時(shí)，以經(jīng)濟(jì)可行的方式實(shí)現(xiàn)清潔能源目標(biāo)。
