中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2020年12月，國(guó)際可再生能源署（IRENA）發(fā)布《智能微電網(wǎng)“質(zhì)量基礎(chǔ)架構(gòu)”》報(bào)告，作為小島嶼發(fā)展中國(guó)家燈塔倡議項(xiàng)目的報(bào)告，為離網(wǎng)可再生能源發(fā)展提供了思路。特轉(zhuǎn)發(fā)供參考。
《智能微電網(wǎng)“質(zhì)量基礎(chǔ)架構(gòu)”》
Quality infrastructure for smart mini-grids
微電網(wǎng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，通常在安裝和操作方面存在很高的監(jiān)管不確定性。要為可再生能源微電網(wǎng)建立一個(gè)可行的市場(chǎng)，為投資者帶來(lái)增長(zhǎng)前景和長(zhǎng)期盈利能力，就需要為微電網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)建立可信賴(lài)的質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)（Quality Infrastructure, QI）。
本篇報(bào)告介紹了可再生能源微電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)。同時(shí)，該篇報(bào)告引入了“質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)”的概念，強(qiáng)調(diào)了QI在智能可再生微電網(wǎng)開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵作用，并深入分析了微電網(wǎng)QI發(fā)展的目標(biāo)與成本效益。
重點(diǎn)結(jié)論：
目前，全球離網(wǎng)可再生能源微電網(wǎng)的裝機(jī)容量已超過(guò)4GW，其中生物能的工業(yè)應(yīng)用占總裝機(jī)的67%。水電微電網(wǎng)正在快速發(fā)展，服務(wù)于社區(qū)和工業(yè)，而光伏微電網(wǎng)主要用于商業(yè)、社區(qū)和農(nóng)業(yè)。100%可再生能源的微電網(wǎng)與化石燃料微電網(wǎng)相比已經(jīng)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，LCOE為0.39-0.75美元/千瓦時(shí)，2035年有望降低到0.2美元/千瓦時(shí)。
可再生能源微電網(wǎng)的核心用途是發(fā)電、儲(chǔ)能、轉(zhuǎn)換和消費(fèi)，以及控制、管理和測(cè)量（CMM）。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將構(gòu)成未來(lái)CMM功能的骨干，儲(chǔ)能科技的進(jìn)步將有力推進(jìn)微電網(wǎng)的應(yīng)用。
QI包括全面的計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證認(rèn)可、檢驗(yàn)檢測(cè)。有效的QI可以降低微電網(wǎng)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)，改善項(xiàng)目融資，減少法規(guī)和性能上的不確定性，擴(kuò)大微電網(wǎng)市場(chǎng)，降低電力成本。
系統(tǒng)及測(cè)試是可再生能源微電網(wǎng)QI開(kāi)發(fā)的主要挑戰(zhàn)。微電網(wǎng)作為復(fù)雜的系統(tǒng)，不能被視為各部分的簡(jiǎn)單總和，必須找到一種全面的方法開(kāi)發(fā)QI。物理組件與模擬的結(jié)合可以降低測(cè)試成本且更易于調(diào)整。
報(bào)告的主要內(nèi)容如下：
可再生微型電網(wǎng)將電力負(fù)荷和可再生能源結(jié)合在一起，由于集成能源基礎(chǔ)設(shè)施可以為島嶼和偏遠(yuǎn)社區(qū)等關(guān)鍵細(xì)分市場(chǎng)帶來(lái)許多好處，其部署動(dòng)力日益增強(qiáng)。可再生微型電網(wǎng)可以提供電力接入，提高電力彈性和可靠性，降低能源成本和碳足跡，并改善生活質(zhì)量。
隨著部署的增加，關(guān)注系統(tǒng)性能、耐久性和對(duì)新發(fā)展的適應(yīng)性是至關(guān)重要的。這揭示了開(kāi)發(fā)質(zhì)量保證機(jī)制和所謂的“質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)”的重要作用，本報(bào)告對(duì)此進(jìn)行了深入闡釋?zhuān)猿晒Φ乇Ｕ蠌?qiáng)大的可再生微型電網(wǎng)，使其能夠?yàn)楝F(xiàn)在和未來(lái)的社會(huì)服務(wù)。
（一）可再生能源微電網(wǎng)的現(xiàn)狀和潛在增長(zhǎng)點(diǎn)
我們已經(jīng)做了許多努力來(lái)收集微型電網(wǎng)數(shù)據(jù)，但不同的數(shù)據(jù)源仍然存在差異。作為一個(gè)近年來(lái)發(fā)展非常迅速的行業(yè)，對(duì)全球微型電網(wǎng)份額的估計(jì)比較明確:全球約有1.9萬(wàn)個(gè)已安裝的微型電網(wǎng)，其中約一半使用柴油和其他化石燃料發(fā)電機(jī)(ESMAP, 2019)，但由可再生能源驅(qū)動(dòng)的微型電網(wǎng)（并網(wǎng)和離網(wǎng)）的全球份額并不容易估算。用可再生能源替代大排放量的微型電網(wǎng)具有巨大的市場(chǎng)潛力。
如圖1所示，國(guó)際可再生能源署（IRENA）分析發(fā)現(xiàn)，離網(wǎng)可再生能源微型電網(wǎng)的裝機(jī)容量為4.16吉瓦(GW)，服務(wù)至少800萬(wàn)人口。由于經(jīng)常用于大功率工業(yè)微型電網(wǎng)，基于生物能源的微型電網(wǎng)的裝機(jī)容量最高。基于風(fēng)能和水力發(fā)電的微型電網(wǎng)通常部署在不同的終端使用領(lǐng)域。特別是水力發(fā)電微型電網(wǎng)，最近增加了在住宅和工業(yè)領(lǐng)域的部署。太陽(yáng)能光伏(PV)微型電網(wǎng)裝置通常用于商業(yè)、住宅和農(nóng)業(yè)用途。
圖1 自主(離網(wǎng))微型電網(wǎng)總?cè)萘?兆瓦)
注: MW = 兆瓦?；? (IRENA, 2018a)。
在可能的情況下，將一個(gè)微型電網(wǎng)與另一個(gè)微型電網(wǎng)或與主電網(wǎng)互聯(lián)可以帶來(lái)一系列的好處，可改變微型電網(wǎng)的運(yùn)行模式。圖2總結(jié)了不同的微型電網(wǎng)類(lèi)型。并網(wǎng)可再生微型電網(wǎng)可以使電力供應(yīng)更可靠、更有彈性，并推動(dòng)可再生能源成為能源發(fā)電的重要貢獻(xiàn)者。然而，自主可再生微型電網(wǎng)主要適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，包括農(nóng)村電氣化和偏遠(yuǎn)地區(qū)的設(shè)施。
圖2 微型電網(wǎng)類(lèi)型
基于:(IRENA, 2016a)。
預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，離網(wǎng)和互聯(lián)微型電網(wǎng)的部署將有所加強(qiáng)，由于公用事業(yè)微型電網(wǎng)活動(dòng)日益增多，以及城市、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域電網(wǎng)問(wèn)題日益嚴(yán)重，并網(wǎng)部分有望成為電網(wǎng)領(lǐng)域的最大增長(zhǎng)點(diǎn)（2018年全球數(shù)據(jù)）。
可再生微型電網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)上變得可行，對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)是一種具有吸引力的、具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。
盡管近年來(lái)由于競(jìng)爭(zhēng)加劇和政策驅(qū)動(dòng)的激勵(lì)，微型電網(wǎng)硬件的成本普遍下降，但與定制工程研究及監(jiān)管、環(huán)境和互連合規(guī)相關(guān)的軟成本下降趨勢(shì)，有時(shí)由于非競(jìng)爭(zhēng)性監(jiān)管摩擦而受到限制（Cherian，2017年）。因此，與往年相比，這些費(fèi)用目前在總成本中所占的比例更大。圖3總結(jié)了100%可再生能源自主基礎(chǔ)服務(wù)和自主全面服務(wù)社區(qū)微型電網(wǎng)的調(diào)查結(jié)果，其中，2020年自主基礎(chǔ)度電成本（LCOE）從每千瓦時(shí)0.39美元到0.58美元/千瓦時(shí)不等，自主全面用電成本從0.50美元/千瓦時(shí)到0.75美元/千瓦時(shí)不等。與小型汽油和柴油發(fā)電機(jī)相比（0.35 美元/千瓦時(shí)-0.70美元/千瓦時(shí)（Agenbroad等，2018年）），使用100%可再生能源的微型電網(wǎng)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。
圖3 2005年至2035年100%可再生能源社區(qū)系統(tǒng)的可再生微型電網(wǎng)無(wú)補(bǔ)貼成本范圍
基于:(IRENA, 2017c)。
可再生微型電網(wǎng)的進(jìn)一步部署是由諸多因素驅(qū)動(dòng)的，包括：能源獲取、節(jié)約能源成本(包括節(jié)約燃料)、提高服務(wù)質(zhì)量和供應(yīng)獨(dú)立性、減少二氧化碳排放和污染以及實(shí)現(xiàn)可再生能源目標(biāo)。
對(duì)于島嶼和偏遠(yuǎn)社區(qū)(如沙漠或山區(qū)社區(qū)，沒(méi)有配電網(wǎng))來(lái)說(shuō)，能源獲取是主要驅(qū)動(dòng)力。將可再生能源整合到這些微型電網(wǎng)中，可以降低能源成本，并帶來(lái)服務(wù)質(zhì)量、積極的環(huán)境影響和生活質(zhì)量等額外好處。微型電網(wǎng)不同類(lèi)型和應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)因素詳見(jiàn)圖5。
圖4 可再生微型電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)因素
基于:(ABB, 2018)。
（二）可再生能源微電網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展方向
微型電網(wǎng)市場(chǎng)的增長(zhǎng)應(yīng)該伴隨著高質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施，以確保實(shí)施的系統(tǒng)將提供長(zhǎng)期的預(yù)期服務(wù)和利益。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試和許可設(shè)施是確保部署高質(zhì)量微型電網(wǎng)的關(guān)鍵。
可再生微型電網(wǎng)的核心功能是:發(fā)電；能量?jī)?chǔ)存；轉(zhuǎn)換；消費(fèi)；以及控制、管理和測(cè)量(CMM)。
持續(xù)的創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步正在為微型電網(wǎng)添加補(bǔ)充功能，改進(jìn)其運(yùn)行，使其更加復(fù)雜。
基于智能電表和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)解決方案的發(fā)展和廣泛使用，以及可再生能源發(fā)電數(shù)據(jù)可用性和預(yù)測(cè)能力的提高，未來(lái)可再生微型電網(wǎng)將擁有更先進(jìn)的CMM操作。微型電網(wǎng)具備固有的智能和數(shù)據(jù)收集能力?；谖锫?lián)網(wǎng)的平臺(tái)將成為未來(lái)CMM功能的支柱。
儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新也將影響未來(lái)的微型電網(wǎng)，包括從電池到電解槽技術(shù)，應(yīng)用各異。電動(dòng)汽車(chē)(EVs)的集成對(duì)微型電網(wǎng)有很多好處，因?yàn)樗鼈兛梢员灰暈殚g歇性可再生發(fā)電的存儲(chǔ)。然而，這也帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)與在國(guó)家電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中電動(dòng)汽車(chē)集成所涉及的挑戰(zhàn)不同。
在消費(fèi)者方面，傳統(tǒng)的消費(fèi)者到產(chǎn)消者的過(guò)渡伴隨著各種各樣的技術(shù)創(chuàng)新，從本地發(fā)電、存儲(chǔ)和控制到創(chuàng)新的交易技術(shù)。此外，如圖5所示，微型電網(wǎng)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電力交易的良好環(huán)境，它有助于消費(fèi)者之間更好地利用本地產(chǎn)生的電力。
圖5 未來(lái)可再生微型電網(wǎng)
注：VG1 =智能充電;VG2 =汽車(chē)-電網(wǎng)。
（三）質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)的定義（Quality Infrastructure, QI）
微型電網(wǎng)系統(tǒng)的可持續(xù)市場(chǎng)增長(zhǎng)和長(zhǎng)期盈利需要質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ) (QI)。微型電網(wǎng)是具有不同供應(yīng)商的復(fù)雜系統(tǒng)，是針對(duì)不同應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的，大多數(shù)情況下，其安裝和運(yùn)行存在很高的監(jiān)管不確定性。QI包括綜合標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試、認(rèn)證認(rèn)可、檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)和計(jì)量，是降低風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。
圖6 QI元素
QI薄弱，會(huì)造成低質(zhì)量的組件和缺乏檢驗(yàn)或培訓(xùn)，導(dǎo)致投資和預(yù)期電力生產(chǎn)的損失，甚至普遍損害國(guó)家市場(chǎng)的聲譽(yù)。微型電網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展必須與QI的發(fā)展齊頭并進(jìn)。
QI的主要目標(biāo)是推廣優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、流程和服務(wù)；防止或克服市場(chǎng)壁壘；并使技術(shù)合作更容易(IRENA, 2015a)。這將最終減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，并改善微型電網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)。QI還為利益相關(guān)者帶來(lái)了直接的經(jīng)濟(jì)效益(降低了LCOE)，因?yàn)樗拇嬖诮档土送顿Y者的風(fēng)險(xiǎn)，并為未來(lái)的項(xiàng)目帶來(lái)了更好的融資條件，如圖7所示。QI帶來(lái)的技術(shù)和監(jiān)管清晰度刺激了可持續(xù)創(chuàng)新，并為全球微型電網(wǎng)市場(chǎng)注入了信心。這反過(guò)來(lái)促進(jìn)了貿(mào)易，并允許微型電網(wǎng)系統(tǒng)供應(yīng)商輕松地在不同地區(qū)擴(kuò)展其業(yè)務(wù)。
圖7 微型電網(wǎng)QI目標(biāo)及結(jié)果
本報(bào)告指出，目前大部分的QI和標(biāo)準(zhǔn)化工作都是面向微型電網(wǎng)單個(gè)組件的功能，而不是面向整個(gè)微型電網(wǎng)系統(tǒng)。在通往智能微型電網(wǎng)的道路上，還需要在微型電網(wǎng)系統(tǒng)層面上進(jìn)一步細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)及其他QI元素。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須填補(bǔ)目前各個(gè)微型電網(wǎng)功能的空白。
微型電網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不應(yīng)該被認(rèn)為是各個(gè)部分的簡(jiǎn)單相加。針對(duì)QI的發(fā)展，有必要采取綜合辦法。
QI的各組成部分應(yīng)能夠?qū)ξ⑿碗娋W(wǎng)的各個(gè)方面確定適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，規(guī)范其正確應(yīng)用，并有效驗(yàn)證微型電網(wǎng)的一致性。
主要的標(biāo)準(zhǔn)化工作是重點(diǎn)面向各個(gè)功能，而不是整個(gè)微型電網(wǎng)系統(tǒng)。需要做出進(jìn)一步努力，在系統(tǒng)層面制定標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須首先填補(bǔ)各個(gè)微型電網(wǎng)功能的當(dāng)前空白。將涉及安全、設(shè)計(jì)和運(yùn)行等方面的標(biāo)準(zhǔn)匯集在一套文件中，全面描述可再生微型電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)和/或整體運(yùn)行，將大大降低微型電網(wǎng)質(zhì)量保證的復(fù)雜性。
微型電網(wǎng)的主要挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。微型電網(wǎng)測(cè)試的主要目標(biāo)是使在不同的環(huán)境中復(fù)制微型電網(wǎng)系統(tǒng)變得容易和安全。標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試程序允許微型電網(wǎng)CMM設(shè)備在不同的條件和不同的配置下進(jìn)行測(cè)試，這是實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的關(guān)鍵。目前，微型電網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試通常是在系統(tǒng)構(gòu)建和調(diào)試過(guò)程中，甚至在微型電網(wǎng)部署結(jié)束時(shí)通過(guò)物理測(cè)試完成的。這使利益相關(guān)者的風(fēng)險(xiǎn)更高。
更靈活和更具成本效益的測(cè)試方法將減少與微型電網(wǎng)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。將物理組件與模擬相結(jié)合，可以在無(wú)需構(gòu)建完整的微型電網(wǎng)的情況下測(cè)試微型電網(wǎng)的控制功能，同時(shí)限制了測(cè)試成本，并易于調(diào)整。
微型電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量不僅取決于組件和設(shè)計(jì)的質(zhì)量，還取決于安裝和維護(hù)。目前還沒(méi)有針對(duì)如針對(duì)光伏安裝和其他可再生能源的認(rèn)證機(jī)構(gòu)一樣的微型電網(wǎng)安裝商(和運(yùn)營(yíng)商)的合格認(rèn)證機(jī)構(gòu)，這主要是因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)。如果已經(jīng)存在許可證要求，例如針對(duì)光伏安裝商的標(biāo)準(zhǔn)，則擴(kuò)展現(xiàn)有的許可證培訓(xùn)，使其包括存儲(chǔ)和系統(tǒng)控制，可能是一種很好的解決方案。
（四）質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施的成本效益分析
QI的實(shí)施和執(zhí)行需要努力和前期融資，這將帶來(lái)長(zhǎng)期、高質(zhì)量的微型電網(wǎng)，并最終實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)增長(zhǎng)、整個(gè)價(jià)值鏈參與者獲得更好的報(bào)酬、對(duì)消費(fèi)者的更嚴(yán)格的保護(hù)和更少的碳排放。
實(shí)施QI，可確保所安裝的系統(tǒng)能以預(yù)期的質(zhì)量水平提供預(yù)期的服務(wù)。這減少了與系統(tǒng)低質(zhì)量相關(guān)的成本，為了長(zhǎng)期提供預(yù)期的服務(wù)必須經(jīng)常對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維修或更換，否則只能提供低質(zhì)量的服務(wù)。
在早期市場(chǎng)階段，QI的首要好處是減少法律、監(jiān)管和性能的不確定性。不確定性的減少創(chuàng)造了一個(gè)更好的融資環(huán)境，釋放了市場(chǎng)增長(zhǎng)并走向成熟所需的投資。
除了降低低質(zhì)量的成本，QI還有助于實(shí)現(xiàn)微型電網(wǎng)的實(shí)際效益。很難量化地將這些效益與成功實(shí)施QI聯(lián)系起來(lái)。因此，需要使用指標(biāo)來(lái)量化QI的效益或證明QI前期成本的合理性。本報(bào)告分析了7個(gè)具體案例，證明了QI的重要性，以及QI如何在具體案例中提升電網(wǎng)的性能和穩(wěn)定性，為相關(guān)方帶來(lái)更大的利益。CWEA
報(bào)告來(lái)源：國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）
https://www.irena.org/publications/2020/Dec/Quality-infrastructure-for-smart-mini-grids
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Dec/IRENA_Smart_mini-grids_outlook_2020.pdf
