中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：未來的微型電網(wǎng)將使用更多來自可再生能源的能源，并將以更低的成本提供越來越可靠的電力。最終，這將把更多的電力擴(kuò)展到偏遠(yuǎn)地區(qū)，并支持更有彈性的電網(wǎng)社區(qū)和工業(yè)。
政策制定者總結(jié)
為什么是基于可再生能源的微型電網(wǎng)？
基于可再生能源的微型電網(wǎng)為缺乏現(xiàn)代能源服務(wù)的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)的社區(qū)提供清潔能源。與太陽能家庭服務(wù)系統(tǒng)相比，微型電網(wǎng)可以提供更高水平的服務(wù)，除了照明等基本服務(wù)外，還可以促進(jìn)能源的生產(chǎn)性使用。在有主電網(wǎng)的地區(qū)，微型電網(wǎng)可以連接到主電網(wǎng)，以提供更可靠、更清潔和成本競爭力的替代方案，包括為需要大量電力的消費(fèi)者。
基于可再生能源的微型電網(wǎng)，或可再生微型電網(wǎng)，是混合小型電網(wǎng)，很大一部分用于產(chǎn)生它們分配的電力。在能源需求沒有得到滿足、電網(wǎng)擴(kuò)展不是一種成本效益高的替代方案的地區(qū)，可再生微型電網(wǎng)作為能源解決方案繼續(xù)獲得發(fā)展勢(shì)頭?？稍偕⑿碗娋W(wǎng)正在達(dá)到成熟，其提高了可靠性，降低了環(huán)境影響，加強(qiáng)了當(dāng)?shù)貙?duì)能源使用的控制，并持續(xù)降低了成本。它們照亮偏遠(yuǎn)社區(qū)，使孤立地區(qū)的工業(yè)成為可能，并在主電網(wǎng)故障時(shí)提供備份。未來的微型電網(wǎng)將使用更多來自可再生能源的能源，并將以更低的成本提供越來越可靠的電力。最終，這將把更多的電力擴(kuò)展到偏遠(yuǎn)地區(qū)，并支持更有彈性的電網(wǎng)社區(qū)和工業(yè)。
可再生微型電網(wǎng)代表著一個(gè)不斷增長的市場，每年的價(jià)值可能超過2000億美元?？稍偕茉纯梢耘c柴油燃料的容量混合，將50-250千兆瓦（GW）的容量轉(zhuǎn)換為混合動(dòng)力微型電網(wǎng)。自主可再生微型電網(wǎng)限制了使用電線桿和電線連接社區(qū)和主電網(wǎng)的需要，互聯(lián)可再生微型電網(wǎng)可能減少集中公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，甚至支持。根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，使用不同類型的可再生能源技術(shù)，會(huì)影響可再生微型電網(wǎng)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有的柴油微型電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)行了改造，以主要通過增加與存儲(chǔ)解決方案集成的太陽能光伏（PV）發(fā)電的份額來抵消燃料的供應(yīng)。
小型水電（SHP）和生物質(zhì)發(fā)電的裝機(jī)容量，盡管農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)有75G兆瓦和生物質(zhì)發(fā)電仍然是相對(duì)未開發(fā)的小型電網(wǎng)解決方案。在有水電和生物質(zhì)資源的地區(qū)，SHP和生物能源可以為社區(qū)能源需求提供基本負(fù)荷，而不需要短期儲(chǔ)存。然而，資源可用性的季節(jié)性是這兩種選擇需要考慮的一個(gè)問題。小型風(fēng)能可以集成到小型電網(wǎng)中，補(bǔ)充光伏系統(tǒng)的發(fā)電模式。創(chuàng)新將通過逐步提高可再生能源的普及率，促進(jìn)向100%可再生微型電網(wǎng)的過渡。
該報(bào)告向能源部門的決策者和其他利益相關(guān)者通報(bào)了可再生微型電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展。它還討論了這些技術(shù)的發(fā)展如何使可再生小型電網(wǎng)加快商業(yè)化和大規(guī)模部署。本報(bào)告中所載的信息有助于各國通過擴(kuò)大其可再生能源選擇來支持其國家目標(biāo)。決策者還將在本報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)關(guān)于有效執(zhí)行旨在向可持續(xù)能源制度過渡的激勵(lì)方案和政策行動(dòng)的討論。
什么是微電網(wǎng)？
微型電網(wǎng)可以為不同的服務(wù)水平提供電力，根據(jù)需求進(jìn)行定制。
小型電網(wǎng)是具有負(fù)荷和能源資源的綜合能源基礎(chǔ)設(shè)施。微型電網(wǎng)技術(shù)的核心功能是：發(fā)電、蓄電、控制、管理和測量（CMM）；轉(zhuǎn)換和消耗。圖S1展示了一個(gè)可再生的微型網(wǎng)格的例子。規(guī)劃和設(shè)計(jì)有助于在施工前和運(yùn)行期間將其他五種功能連接在一起。
圖S1：微電網(wǎng)功能
迷你網(wǎng)格可以根據(jù)其與網(wǎng)格的連接和所提供的服務(wù)水平進(jìn)行分類。一個(gè)可再生的微型電網(wǎng)可以相互連接到主電網(wǎng)，或者獨(dú)立于鄰近的電網(wǎng)，在這種情況下，它被認(rèn)為是自主的。可再生的微型電網(wǎng)可以提供不同水平的服務(wù)，從僅提供照明等基本服務(wù)到更高水平的服務(wù)，如滿足商業(yè)能源需求。表S1提供了這些類別的概述。
部署微電網(wǎng)
提供基本服務(wù)的自主小型電網(wǎng)系統(tǒng)被廣泛部署。相互連接的微型網(wǎng)格仍在出現(xiàn)。在非洲和拉丁美洲等地區(qū)，小型電網(wǎng)具有巨大的未開發(fā)潛力。
這份名為《創(chuàng)新展望：可再生微型電網(wǎng)》的報(bào)告發(fā)現(xiàn)，提供基本服務(wù)的自主微型電網(wǎng)已經(jīng)接近成熟，并正在全球部署。提供更高服務(wù)水平的自主可再生微型電網(wǎng)正在世界大多數(shù)地區(qū)進(jìn)行測試?；ヂ?lián)微型電網(wǎng)的部署有限，大多數(shù)實(shí)施的系統(tǒng)集中在北美和東亞。
表S1：微電網(wǎng)的類型
表S2：不同類型的微電網(wǎng)的部署狀態(tài)
創(chuàng)新在規(guī)模擴(kuò)張中起著至關(guān)重要的作用
未來的可再生能源微型電網(wǎng)需要在規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，以及在微型電網(wǎng)的每一個(gè)功能方面進(jìn)行技術(shù)進(jìn)步：從發(fā)電到消費(fèi)，以及跨電力存儲(chǔ)、電力轉(zhuǎn)換和CMM技術(shù)。每個(gè)功能都需要改進(jìn)，以釋放成本降低、響應(yīng)社會(huì)需求和保護(hù)環(huán)境資源。
本報(bào)告對(duì)這些開創(chuàng)性的創(chuàng)新進(jìn)行了令人興奮的研究，這些創(chuàng)新可以帶頭加快部署具有更大可再生能源份額的微型電網(wǎng)，作為未來有競爭力的能源供應(yīng)選擇之一。今天的研發(fā)（研發(fā)）和早期商業(yè)化預(yù)計(jì)將產(chǎn)生創(chuàng)新，使可再生微型電網(wǎng)更環(huán)保，降低成本，提高其可靠性。這些創(chuàng)新預(yù)計(jì)將導(dǎo)致在未來20年里更容易地部署可再生礦物材料。本出版物中所述的研發(fā)創(chuàng)新為我們提供了解決當(dāng)今可再生微型電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)的關(guān)鍵方法。
盡管并非本出版物中所述的所有研究都能在2035年之前實(shí)現(xiàn)運(yùn)營解決方案，但這些創(chuàng)新有可能幫助可再生微型電網(wǎng)達(dá)到臨界質(zhì)量，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微型電網(wǎng)將只使用可再生能源進(jìn)行發(fā)電的過渡。以下列出了目前在實(shí)驗(yàn)室中正在進(jìn)行的一些研究課題和技術(shù)發(fā)展，并在本出版物中進(jìn)行了詳細(xì)的討論：
規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新降低了成本，簡化了可再生微型電網(wǎng)的實(shí)施。目前，這一領(lǐng)域的研發(fā)部門正在努力加強(qiáng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃的工具，以增加負(fù)荷數(shù)據(jù)的可用性，并降低可再生能源評(píng)估的成本。
CMM的創(chuàng)新使可再生微型電網(wǎng)的運(yùn)行更容易、更可靠。在許多其他研究中，一些目前正在確定的研究項(xiàng)目的重點(diǎn)是進(jìn)行更智能的短期和長期控制，以及風(fēng)能和太陽能預(yù)測，調(diào)整計(jì)量技術(shù)，改進(jìn)通信技術(shù)和互操作性標(biāo)準(zhǔn)，以及簡化技術(shù)的集成。
存儲(chǔ)方面的創(chuàng)新提高了資源的使用效率和更可靠的操作，在所有重大影響領(lǐng)域產(chǎn)生了強(qiáng)大的效益。本出版物討論了改進(jìn)電池的研究努力，如使用更便宜和更豐富的材料來制造鋰離子電池，較低的維護(hù)要求，或可以處理資源可用性的季節(jié)性變化的存儲(chǔ)
逆變器、整流器和轉(zhuǎn)換器的創(chuàng)新減少了電力損失，并提供了一個(gè)集成可再生微型電網(wǎng)組件的硬件平臺(tái)，這可以簡化設(shè)置和降低成本。確定的轉(zhuǎn)換研究包括部分輸出高效的新轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，將不同的功能組合成逆變器，或者，其中，改進(jìn)不同可再生微型電網(wǎng)市場的模塊化。
消費(fèi)方面的創(chuàng)新降低了能源需求，產(chǎn)生了環(huán)境和成本效益。本出版物討論了更有效的設(shè)備，特別是在遠(yuǎn)程能源接入市場，為直流電（DC）電網(wǎng)設(shè)計(jì)的設(shè)備的擴(kuò)大，以及直流線路和設(shè)備之間更靈活的連接的發(fā)展。
令人興奮的創(chuàng)新正在進(jìn)行中
突破性的改進(jìn)正在進(jìn)行中，不僅是在組件方面，而且在系統(tǒng)集成、可控性和靈活性方面。
在未來，可再生微型電網(wǎng)的創(chuàng)新將包括越來越多的使用非直升機(jī)硬件和軟件的模塊化解決方案。這些技術(shù)將會(huì)降低成本，提高能力。隨著可再生能源發(fā)電和存儲(chǔ)成本的下降，模塊化和易用性的重要性將繼續(xù)增加。模塊化和易用性將由使用更智能的規(guī)劃和控制、改進(jìn)的互操作性和更好的設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性來驅(qū)動(dòng)。對(duì)預(yù)計(jì)到2035年實(shí)現(xiàn)小型電網(wǎng)功能的技術(shù)進(jìn)展的概述包括：
鋰離子、有機(jī)流和其他化學(xué)物質(zhì)將降低電池成本，預(yù)計(jì)將增加市場的吸收。雖然鉛酸電池預(yù)計(jì)將繼續(xù)成為可再生微型電網(wǎng)的主要存儲(chǔ)技術(shù)，但先進(jìn)的鉛酸電池將發(fā)揮更大的作用。先進(jìn)的鉛酸電池越來越能夠以更高的效率處理更多的循環(huán)。其他化學(xué)物質(zhì)將會(huì)激增，這將引發(fā)進(jìn)一步的競爭來壓低價(jià)格。相變材料和熱化學(xué)材料的創(chuàng)新有望允許長期增加儲(chǔ)熱器的使用。超級(jí)電容器可以受益于石墨烯使用的創(chuàng)新和提高高功率和長壽命的能力。技術(shù)創(chuàng)新對(duì)電池成本的影響如圖S2所示。
短期控制能夠集成更復(fù)雜的算法和更準(zhǔn)確的風(fēng)能和太陽能預(yù)測，再加上智能控制和電池集成，是增加可再生能源普及率的關(guān)鍵。對(duì)能夠適應(yīng)新的商業(yè)模式的更智能、更靈活的計(jì)量器、使用時(shí)間定價(jià)、自動(dòng)電表讀數(shù)和先進(jìn)的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施的研究是研究和創(chuàng)新的關(guān)鍵領(lǐng)域。模塊化解決方案和改進(jìn)的通信和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于簡化組件的集成和互操作性至關(guān)重要。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將繼續(xù)通過允許傳統(tǒng)電器之間的互連和相互通信，從而更智能地使用電力。隨著成本降低的趨勢(shì)和直流線路的標(biāo)準(zhǔn)化，市場上對(duì)直流電器和更高效的交流電器的使用預(yù)計(jì)將會(huì)增加。
越來越多的直流電網(wǎng)和電器的使用將需要更高效和更經(jīng)濟(jì)的直流-直流轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換技術(shù)在市場上的可用性預(yù)計(jì)將增加，并包括更大功率的電池逆變器。然而，大多數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新預(yù)計(jì)將發(fā)生在晶體管中。這將降低成本，提高效率，并減少其尺寸和重量。圖S3總結(jié)了到2035年，在降低網(wǎng)格形成、網(wǎng)格跟蹤和雙模轉(zhuǎn)換器成本方面的創(chuàng)新所產(chǎn)生的預(yù)期影響。
圖S2：到2015年、2025年和2035年，鉛酸、先進(jìn)鉛酸、鋰離子和流式蓄電池的預(yù)期成本下降
該出版物還包括一項(xiàng)專利審查，并表明大多數(shù)核心技術(shù)的創(chuàng)新趨勢(shì)都是積極的。人們對(duì)它們改變能源行業(yè)的潛力的興趣正在增長。在過去的四年里，中國申請(qǐng)了CMM技術(shù)近12 000項(xiàng)專利，存儲(chǔ)技術(shù)超過3萬項(xiàng)專利。在此同時(shí)，美國申請(qǐng)了可再生微型電子轉(zhuǎn)換器的2 180項(xiàng)專利，能源效率、需求側(cè)管理和備份技術(shù)領(lǐng)域的2 090多項(xiàng)專利。
圖S3：2025年和2035年電網(wǎng)形成、網(wǎng)格跟隨和雙模轉(zhuǎn)換器的預(yù)期成本降低
未來的微電網(wǎng)會(huì)是什么樣子的？
一個(gè)由兩部分的圖，如下所示，描述了當(dāng)前研究和技術(shù)發(fā)展的潛在演變。
圖S4：到2025年和2035年可再生微型電網(wǎng)的潛在演變
2025年的可再生能源微型電網(wǎng)
2035年的可再生能源微型電網(wǎng)
創(chuàng)新增強(qiáng)了微型電網(wǎng)的競爭力
技術(shù)創(chuàng)新，伴隨著進(jìn)步。微型電網(wǎng)的商業(yè)模式和系統(tǒng)運(yùn)營似乎將下降，這將在未來20年顯著將可再生微型電網(wǎng)的發(fā)電成本降至目前成本的三分之一。
創(chuàng)新將使自主可再生微型電網(wǎng)能夠以更低的成本提供更高的服務(wù)水平。這將在未來幾十年帶來更大的地理范圍，為更大的孤立社區(qū)提供越來越清潔的電力。到2025年，僅使用可再生能源的自動(dòng)微型電網(wǎng)的水平成本預(yù)計(jì)將降至0.30美元/千瓦時(shí)（千瓦時(shí)）至0.57美元/千瓦時(shí)之間，到2035年將降至0.19美元/千瓦時(shí)至0.35美元/千瓦時(shí)之間。當(dāng)前成本在0.47美元/千瓦時(shí)到0.92美元/千瓦時(shí)之間。這種較低的水平成本的主要驅(qū)動(dòng)因素預(yù)計(jì)是更低的存儲(chǔ)成本和更智能的控制。然而，在其他功能方面的創(chuàng)新將是必要的
到2025年，自主可再生微型電網(wǎng)將能夠以具有競爭力的價(jià)格提供基本和高級(jí)服務(wù)，導(dǎo)致大規(guī)模商業(yè)化并部署到全球偏遠(yuǎn)地區(qū)。隨著成本的下降，可再生的微型電網(wǎng)將具有更多的經(jīng)濟(jì)意義，并將越來越多地與主電網(wǎng)的擴(kuò)展相競爭。到2035年，即使是在靠近主電網(wǎng)的地區(qū)，可再生能源的微型電網(wǎng)也將是一個(gè)具有成本競爭力的選擇。
相互連接的可再生微型電網(wǎng)也正在發(fā)展成為一種商業(yè)上可行的選擇。如今，對(duì)于有關(guān)鍵需求的客戶和主電網(wǎng)電力昂貴的地區(qū)來說，互聯(lián)微型電網(wǎng)的商業(yè)案例最強(qiáng)。然而，到2025年，創(chuàng)新預(yù)計(jì)將推動(dòng)向負(fù)荷要求較低的客戶安裝可再生微型電網(wǎng)，從而形成更有彈性的電網(wǎng)系統(tǒng)。一個(gè)主要的驅(qū)動(dòng)因素將是尋找更好的彈性和災(zāi)難響應(yīng)能力。到2035年，公用事業(yè)公司對(duì)可再生小型電網(wǎng)的廣泛接受將進(jìn)一步改善可再生微型電網(wǎng)與主電網(wǎng)之間的兼容性。在其發(fā)電組合中使用中小型可再生能源的微型電網(wǎng)預(yù)計(jì)將很常見，而日益下降的成本將使尋求更好環(huán)境選擇的社區(qū)采用使用可再生微型電網(wǎng)的可再生能源。
圖S5顯示了將所有能源來自可再生能源的自主可再生微型電網(wǎng)的估計(jì)成本的演變。這些估計(jì)都是保守的。將可再生能源與其他能源相結(jié)合可以提供成本更低的選擇，互聯(lián)的微型電網(wǎng)成本也可以從鄰近的主電網(wǎng)購買能源，以降低成本。
互聯(lián)可再生微型電網(wǎng)的成本降低將受到互聯(lián)主電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益的影響，但可以應(yīng)用自主電網(wǎng)的主要成本趨勢(shì)。
在向部署100%可再生能源的微型電網(wǎng)過渡的過程中，根據(jù)微型電網(wǎng)的設(shè)計(jì)，混合微型電網(wǎng)的成本可能比100%可再生的微型電網(wǎng)更低。然而，由于可再生能源在存儲(chǔ)和控制系統(tǒng)等技術(shù)上的份額提高，該技術(shù)整合可再生能源的成本將會(huì)下降。例如，對(duì)于成本最低的太陽能光伏微型電網(wǎng)設(shè)計(jì)，可再生能源的最佳比例可能從2015年低于0.45美元/千瓦時(shí)的60%上升到2025年約0.30美元/千瓦時(shí)的90%以上，到2035年為0.20美元/千瓦時(shí)的幾乎100%可再生能源。
圖S5：從2005年至2035年，一個(gè)100%可再生能源社區(qū)系統(tǒng)的可再生微型電網(wǎng)的無補(bǔ)貼成本范圍。
政策制定者如何能鋪平道路？
如果沒有決策者、私營部門和非營利部門以及學(xué)術(shù)界的充分支持，這些創(chuàng)新都是不可能的。
雖然可再生微型電網(wǎng)為重新思考傳統(tǒng)能源供應(yīng)模式提供了一個(gè)令人興奮的機(jī)會(huì)，但它們的發(fā)展和部署需要在社會(huì)需求、政治意愿、經(jīng)濟(jì)效率、技術(shù)能力和環(huán)境保護(hù)之間取得平衡。為了解決這些相互關(guān)聯(lián)的方面，創(chuàng)新展望：可再生微型電網(wǎng)為政策制定者、技術(shù)投資者、項(xiàng)目開發(fā)商、非營利部門和學(xué)者提供了關(guān)鍵建議，以幫助所有人參與促進(jìn)這些技術(shù)選擇的增長。以下是報(bào)告中討論的支持部署可再生微型電網(wǎng)的一些選擇：
公私伙伴關(guān)系和貸款贈(zèng)款可以幫助開發(fā)和實(shí)施項(xiàng)目，而公共風(fēng)險(xiǎn)基金和補(bǔ)貼則有助于產(chǎn)生和交換知識(shí)。來自公共和私營部門的資金對(duì)于支持產(chǎn)生新想法的基礎(chǔ)研究活動(dòng)至關(guān)重要。
政策制定者在提供市場政策以支持可再生微型電網(wǎng)設(shè)備的商業(yè)化方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。可再生微型電網(wǎng)發(fā)展最后階段的創(chuàng)新可以受益于克服“死亡之谷”的市場政策。
對(duì)可再生能源微型電網(wǎng)的監(jiān)管仍處于起步階段，除其他外，公共部門應(yīng)專注于采用新的、靈活的標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)發(fā)展，避免阻礙創(chuàng)新的標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)管可再生微型電網(wǎng)的挑戰(zhàn)是，在針對(duì)這些小型電網(wǎng)的具體政策監(jiān)管和適用于無數(shù)選擇的靈活監(jiān)管框架之間保持一種平衡的方法。
各國政府通過國際合作和工業(yè)支持，在建立能力和傳播知識(shí)方面發(fā)揮了重要作用。還需要進(jìn)行范式轉(zhuǎn)變，以促進(jìn)電氣工程師和技術(shù)人員的新的和持續(xù)的培訓(xùn)。
私人投資者在資助基礎(chǔ)研究活動(dòng)和試點(diǎn)項(xiàng)目以及促進(jìn)知識(shí)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面發(fā)揮著重要作用。私營部門需要對(duì)新技術(shù)進(jìn)行投資，并需要技術(shù)持有者將他們?cè)谄渌闆r下獲得的知識(shí)轉(zhuǎn)移到可再生微型電網(wǎng)部門，例如在汽車部門內(nèi)進(jìn)行的關(guān)于電池的研究。
學(xué)術(shù)界和大學(xué)對(duì)可再生微型電網(wǎng)的創(chuàng)新具有重要意義。除了通過基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究來推動(dòng)創(chuàng)新之外，學(xué)術(shù)界還可以合作制定研究議程和進(jìn)行最苛刻的微型網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)。
未來的幾十年將為微型網(wǎng)格帶來令人興奮的前景。可越來越多的微型電網(wǎng)越來越多地選擇作為滿足世界各地不同社區(qū)能源需求的替代方案。從在偏遠(yuǎn)地區(qū)集成了直流系統(tǒng)的太陽能光伏和小型風(fēng)能技術(shù)，到與電動(dòng)汽車集成和智能需求側(cè)控制的大型社區(qū)光伏電站，不同的應(yīng)用將通過各種創(chuàng)新的解決方案得到增強(qiáng)。在這種動(dòng)態(tài)的景觀中，微型電網(wǎng)具有巨大的潛力，除了其應(yīng)用于能源獲取，補(bǔ)充更大的系統(tǒng)和支持可再生能源的生產(chǎn)用途之外。創(chuàng)新展望：可再生微型電網(wǎng)展望未來幾十年令人興奮的發(fā)展。
