中國儲能網(wǎng)訊：微電網(wǎng)（Micro-Grid），是一組微電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構成的系統(tǒng)單元，能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。
開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實現(xiàn)對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式，是傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的過渡。
全球微電網(wǎng)市場綜述
無論是在離岸的海島、偏遠的邊疆無人地區(qū)，抑或是在人群密集的都市樓宇、社區(qū)、工廠，人們越來越多的看到分布式能源應用的場景。例如，分布式光伏、風力發(fā)電搭配柴油發(fā)電機組成的微電網(wǎng)，保障遙遠小島上漁民的全部用能需求；又如，天然氣冷熱電三聯(lián)供（CCHP）、分布式可再生能源技術被集成到城市社區(qū)微電網(wǎng)系統(tǒng)中，為居民和企業(yè)提供本地生產(chǎn)的且經(jīng)濟高效的電力、熱水以及制冷服務。
而這一切很大程度上需要歸功于微電網(wǎng)技術，正是因為微電網(wǎng)的興起，人們選擇的用能服務不再局限于市政電網(wǎng)集中供能的模式。這也使得那些建立在市政電網(wǎng)范圍之外的遙遠海島、邊疆區(qū)域，以及對經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保性有特殊要求的用能單位，可以按照其各自的需求在靠近用戶側的位置來建立分布式的能源供應系統(tǒng)。
到2016年12月，全球微電網(wǎng)的容量已經(jīng)達到16,552MW。僅在2016年，全球就計劃部署1681個新型微電網(wǎng)項目，95%的項目在北美和亞太地區(qū)，其中北美占據(jù)54%的全球微電網(wǎng)容量。國外對于微電網(wǎng)的研究起步較早，在關鍵技術方面已取得一些突破。其中美國、歐洲、日本及加拿大等建設了一批示范工程，成為微電網(wǎng)領域領先國家。我國雖對微電網(wǎng)的研究取得一定的進展，但與歐洲、美國及日本等龐大研究團隊相比，在研究力量和取得成果上仍存在較大差距。
英國——離岸海島微電網(wǎng)的應用
英國蘇格蘭的埃格島（IsleofEigg）是海島離網(wǎng)型微電網(wǎng)成功應用的典范。因地制宜的微電網(wǎng)充分利用了當?shù)氐淖匀毁Y源，其中發(fā)電系統(tǒng)主要由分布式光伏、小型風力發(fā)電和水力發(fā)電設施組成，總裝機容量為184千瓦。多余的可再生電力被儲存到電池陣列中，天氣條件不佳的情況下，電池組可以為全島提供一整天的電力。微電網(wǎng)中還包括兩臺70千瓦的柴油發(fā)電機，以備不時之需。整個系統(tǒng)的裝機容量雖不算大，但足以滿足近百名居民的電力需求，可以稱得上是“小而美”的海島微電網(wǎng)。
微電網(wǎng)中，各種能源在不同季節(jié)、不同時段中協(xié)同運行，多能互補也成為埃格島電力系統(tǒng)的最佳配置。得益于較高的緯度，夏季的埃格島可以享受較長時間的日照，再加上夏季雨水較少，光伏系統(tǒng)的利用率也隨之提高。受天氣影響，風電和水電在夏季的出力狀況不甚理想，居民全天的電力消費都來自光伏和儲能電池，只有在游客增多等少數(shù)情況下，備用的柴油發(fā)電機才開始供電。到了冬季，島上降雨增多，三臺小型水力發(fā)電機成為主要的電力來源。埃格島微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)可以監(jiān)測發(fā)電設施的運行，優(yōu)化電池的充放電循環(huán)，并且在電力短缺時自動啟動柴油發(fā)電機。
微電網(wǎng)極大地提升了埃格島的電力消費品質。微電網(wǎng)建成之前，居民靠自家的柴油發(fā)電機供電，在支付高昂成本的同時，還要忍受設備的噪音和空氣污染。島上的柴油依靠渡輪運輸，儲備有限的住戶會面臨斷電的風險。如今，微電網(wǎng)保證了埃格島的不間斷供電，每年超過90%的電力消費都來自可再生能源，二氧化碳的排放量也降低了接近一半。另一方面，島上的微電網(wǎng)展示了出色的經(jīng)濟性。整個項目的設計和建設成本約為166萬英鎊，而跨海架設電網(wǎng)的成本則高達400多萬；目前，埃格島的電力價格仍高于英國的平均水平，但已經(jīng)比過去降低了60%。風、光、水、儲的有效整合使居民擺脫了化石能源的限制，埃格島的經(jīng)驗也證明，離網(wǎng)型海島微電網(wǎng)可以滿足現(xiàn)代生活的電力需求。
印度——在偏遠區(qū)域微電網(wǎng)的應用
在印度，無電人口的數(shù)量達到2.4億，約占印度人口總數(shù)的20%，其中絕大部分人生活在偏遠的農(nóng)村地區(qū)，這給印度政府的全國電氣化計劃帶來不小的的技術和經(jīng)濟性挑戰(zhàn)。比哈爾邦（Bihar）是印度電力缺口最大的邦之一，全邦79%的農(nóng)村家庭無電可用，其中超過一半的家庭沒有接入電網(wǎng)；其他所謂的“通電”家庭則依賴于單一的柴油發(fā)電機，這使得該區(qū)域對柴油特別依賴，提高了用能成本并造成了空氣污染。
以光伏作為主、柴油發(fā)電機作為備用的分布式能源系統(tǒng)可以解決這些偏遠地區(qū)的用電問題。研究人員為農(nóng)村家庭開發(fā)了光伏微電網(wǎng)，包括一塊125瓦的太陽能電池板、1千瓦時的儲能電池、控制箱和直流家電。不同于普通的交流用電，這套戶用微網(wǎng)以直流電運行，避免了光伏、電池和家電之間交直流轉換引起的能量損失。整套系統(tǒng)的成本比架設電網(wǎng)的方式更低，供電也更加可靠。已經(jīng)接入市政電網(wǎng)的家庭也可以將其作為優(yōu)質的備用電源，免除電網(wǎng)頻繁斷電帶來的困擾。同時，研究人員也開發(fā)了覆蓋多戶家庭的500瓦和7.5千瓦的微電網(wǎng)。
目前，這套系統(tǒng)已經(jīng)為超過4000戶的農(nóng)村家庭提供了電力。在比哈爾邦的農(nóng)村社區(qū)，分布式光伏、儲能電池與已有的柴油發(fā)電機構成微電網(wǎng)系統(tǒng)，為用戶提供可靠電力的同時也降低了用電成本，在柴油價格走高之時，光伏的替代作用使系統(tǒng)的經(jīng)濟性更加出眾。目前，印度大多數(shù)的微電網(wǎng)和獨立供電系統(tǒng)仍采用柴油發(fā)電機，但成本日趨下降的分布式光伏和因地制宜的小型水電、風電設施正逐漸凸顯出經(jīng)濟和環(huán)境效益，這在農(nóng)村地區(qū)顯得尤為重要。離網(wǎng)型微電網(wǎng)將在印度的電氣化進程中起到關鍵作用，這項技術也值得向全球的其他無電地區(qū)推廣。
美國——在城市社區(qū)微電網(wǎng)的應用
并網(wǎng)型微電網(wǎng)滿足了美國最大的居民住宅——紐約聯(lián)合公寓城（Co-OpCity）的能源需求，并且在極端天氣的情況下保障系統(tǒng)的供能安全。該項目的核心設備是西門子公司生產(chǎn)的能夠實現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供（CCHP）的燃氣輪機、蒸汽輪機以及控制系統(tǒng)。該能源站總裝機容量達到40兆瓦，可以滿足全部6萬名居民24兆瓦的用電負荷峰值需求，其余16兆瓦容量發(fā)出的電力被出售給大電網(wǎng)。
2012年10月，颶風“桑迪”席卷美國東海岸并造成大面積斷電期間，聯(lián)合公寓城的微電網(wǎng)持續(xù)供能，6萬名住戶未受影響。除公寓城外，處于颶風登陸區(qū)域的紐約大學和普林斯頓大學也配備了以天然氣分布式能源站為主的微電網(wǎng)，兩所大學與大電網(wǎng)斷開并切換至“孤島模式”，保證了市政電網(wǎng)斷電期間校園的能源供應。這些案例都充分體現(xiàn)了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
中國微電網(wǎng)市場
我國微電網(wǎng)的發(fā)展尚處于起始階段，但微電網(wǎng)的特點適應我國電力發(fā)展的需求和方向，發(fā)展路線明確。2012年陸續(xù)有一批重大示范工程獲批，河北、天津、河南、浙江、珠海等地已經(jīng)在進行微電網(wǎng)示范項目的研究及建設。
目前我國已在山東煙臺長島、上海崇明島、浙江舟山群島、福建平潭島、遼寧長海群島、廣東南澳群島等地進行了不同程度的微電網(wǎng)建設科研及實踐。其中，珠海東澳島微電網(wǎng)項目的建成，解決了島上長期以來的缺電現(xiàn)象。煙臺長島分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入控制工程通過國家發(fā)改委驗收,正式竣工投運，實現(xiàn)孤網(wǎng)運行保證對重要用戶的連續(xù)供電。
溫州鹿西島微電網(wǎng)示范工程通過在島上建設風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能、微電網(wǎng)中央運行監(jiān)控及能量管理及單戶模式微電網(wǎng)等系統(tǒng)，實現(xiàn)并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種運行模式的靈活切換，可為全島客戶提供清潔可再生能源。
浙江——在海島供電中微電網(wǎng)的應用
2012年開始建設浙江溫州洞頭鹿西島并網(wǎng)型微網(wǎng)示范工程和平陽南麂島離網(wǎng)型微網(wǎng)示范工程。工程的實施是對含分布式電源、儲能和負荷構成的新型電網(wǎng)運營模式的有益探索，對于推動新技術在海島電網(wǎng)的應用具有積極意義，溫州洞頭鹿西島和平陽南麂島也將開啟新能源供電的時代。
鹿西島坐落于溫州洞頭東北海域，是該市重點海洋捕撈基地，也是聞名遐邇的海上鳥島。多年來，僅由一回10千伏線路通過海底電纜向其供電，海纜一旦遭到破壞，島上用電就要受到影響。海纜的不經(jīng)濟性和漁民捕魚易造成海纜破壞是眾多海島面臨的現(xiàn)狀。
鹿西島并網(wǎng)型微網(wǎng)示范工程位于該島山坪村，占地面積為11062平方米，項目投資約4309萬元?！奥槿鸽m小，五臟俱全”，島上風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能三個系統(tǒng)組成了一個風光儲并網(wǎng)型微網(wǎng)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種運行模式的靈活切換。風力發(fā)電系統(tǒng)由島上兩臺780千瓦華儀風機主導；光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由150塊光板、總容量300千瓦太陽能光伏發(fā)電場及相應的并網(wǎng)逆變器和升壓變壓器組成；微網(wǎng)控制綜合大樓內2兆瓦×2小時的鉛酸電池組、500千瓦×15秒的超級電容和5臺500千瓦的雙向變流器則組成了儲能系統(tǒng)，儲存容量與供電海纜故障修復時間相匹配。當分布式電源足夠負荷島上用電時，微網(wǎng)控制系統(tǒng)會把多余的電送入主網(wǎng)，當分布式電源不足的時候則由主網(wǎng)供電，形成雙向調節(jié)平衡，為島上用電提供保障。內部電源與儲能之間的協(xié)調控制、內部獨立運行與外部并網(wǎng)運行之間的協(xié)調控制正是863課題的核心研究內容。
分布式電源單戶模式是鹿西島微網(wǎng)工程中的另一個亮點。工程為島上15戶居民安裝了單戶小型分布式電源，即小型風機、小型太陽能板和蓄電池，村民僅僅依靠陽光、風這些自然資源就可以獲得日常生活用電。在近幾年分布式電源發(fā)展中已經(jīng)出現(xiàn)了這三種設備的不同組合模式，島上不同單戶模式的設立正是對不同分布式電源發(fā)電模式的實踐，為小型分布式電源的推廣提供經(jīng)驗。
