中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：微電網(wǎng)（Micro-Grid），是一組微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元，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)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。
開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(guò)渡。
全球微電網(wǎng)市場(chǎng)綜述
無(wú)論是在離岸的海島、偏遠(yuǎn)的邊疆無(wú)人地區(qū)，抑或是在人群密集的都市樓宇、社區(qū)、工廠，人們?cè)絹?lái)越多的看到分布式能源應(yīng)用的場(chǎng)景。例如，分布式光伏、風(fēng)力發(fā)電搭配柴油發(fā)電機(jī)組成的微電網(wǎng)，保障遙遠(yuǎn)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(shù)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(jì)高效的電力、熱水以及制冷服務(wù)。
而這一切很大程度上需要?dú)w功于微電網(wǎng)技術(shù)，正是因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)的興起，人們選擇的用能服務(wù)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(yuǎn)海島、邊疆區(qū)域，以及對(duì)經(jīng)濟(jì)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(cè)的位置來(lái)建立分布式的能源供應(yīng)系統(tǒng)。
到2016年12月，全球微電網(wǎng)的容量已經(jīng)達(dá)到16,552MW。僅在2016年，全球就計(jì)劃部署1681個(gè)新型微電網(wǎng)項(xiàng)目，95%的項(xiàng)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(guó)外對(duì)于微電網(wǎng)的研究起步較早，在關(guān)鍵技術(shù)方面已取得一些突破。其中美國(guó)、歐洲、日本及加拿大等建設(shè)了一批示范工程，成為微電網(wǎng)領(lǐng)域領(lǐng)先國(guó)家。我國(guó)雖對(duì)微電網(wǎng)的研究取得一定的進(jìn)展，但與歐洲、美國(guó)及日本等龐大研究團(tuán)隊(duì)相比，在研究力量和取得成果上仍存在較大差距。
英國(guó)——離岸海島微電網(wǎng)的應(yīng)用
英國(guó)蘇格蘭的埃格島（IsleofEigg）是海島離網(wǎng)型微電網(wǎng)成功應(yīng)用的典范。因地制宜的微電網(wǎng)充分利用了當(dāng)?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(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電設(shè)施組成，總裝機(jī)容量為184千瓦。多余的可再生電力被儲(chǔ)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(tái)70千瓦的柴油發(fā)電機(jī)，以備不時(shí)之需。整個(gè)系統(tǒng)的裝機(jī)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(shí)段中協(xié)同運(yùn)行，多能互補(bǔ)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(zhǎng)時(shí)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(fēng)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(fèi)都來(lái)自光伏和儲(chǔ)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(jī)才開始供電。到了冬季，島上降雨增多，三臺(tái)小型水力發(fā)電機(jī)成為主要的電力來(lái)源。埃格島微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)發(fā)電設(shè)施的運(yùn)行，優(yōu)化電池的充放電循環(huán)，并且在電力短缺時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。
微電網(wǎng)極大地提升了埃格島的電力消費(fèi)品質(zhì)。微電網(wǎng)建成之前，居民靠自家的柴油發(fā)電機(jī)供電，在支付高昂成本的同時(shí)，還要忍受設(shè)備的噪音和空氣污染。島上的柴油依靠渡輪運(yùn)輸，儲(chǔ)備有限的住戶會(huì)面臨斷電的風(fēng)險(xiǎn)。如今，微電網(wǎng)保證了埃格島的不間斷供電，每年超過(guò)90%的電力消費(fèi)都來(lái)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(jì)性。整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)成本約為166萬(wàn)英鎊，而跨海架設(shè)電網(wǎng)的成本則高達(dá)400多萬(wàn)；目前，埃格島的電力價(jià)格仍高于英國(guó)的平均水平，但已經(jīng)比過(guò)去降低了60%。風(fēng)、光、水、儲(chǔ)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(yàn)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(yuǎn)區(qū)域微電網(wǎng)的應(yīng)用
在印度，無(wú)電人口的數(shù)量達(dá)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(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，這給印度政府的全國(guó)電氣化計(jì)劃帶來(lái)不小的的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(wú)電可用，其中超過(guò)一半的家庭沒(méi)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(jī)，這使得該區(qū)域?qū)Σ裼吞貏e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(jī)作為備用的分布式能源系統(tǒng)可以解決這些偏遠(yuǎn)地區(qū)的用電問(wèn)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(yáng)能電池板、1千瓦時(shí)的儲(chǔ)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(yùn)行，避免了光伏、電池和家電之間交直流轉(zhuǎn)換引起的能量損失。整套系統(tǒng)的成本比架設(shè)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(zhì)的備用電源，免除電網(wǎng)頻繁斷電帶來(lái)的困擾。同時(shí)，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(guò)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(chǔ)能電池與已有的柴油發(fā)電機(jī)構(gòu)成微電網(wǎng)系統(tǒng)，為用戶提供可靠電力的同時(shí)也降低了用電成本，在柴油價(jià)格走高之時(shí)，光伏的替代作用使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性更加出眾。目前，印度大多數(shù)的微電網(wǎng)和獨(dú)立供電系統(tǒng)仍采用柴油發(fā)電機(jī)，但成本日趨下降的分布式光伏和因地制宜的小型水電、風(fēng)電設(shè)施正逐漸凸顯出經(jīng)濟(jì)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(jìn)程中起到關(guān)鍵作用，這項(xiàng)技術(shù)也值得向全球的其他無(wú)電地區(qū)推廣。
美國(guó)——在城市社區(qū)微電網(wǎng)的應(yīng)用
并網(wǎng)型微電網(wǎng)滿足了美國(guó)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(xiàng)目的核心設(shè)備是西門子公司生產(chǎn)的能夠?qū)崿F(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供（CCHP）的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)以及控制系統(tǒng)。該能源站總裝機(jī)容量達(dá)到40兆瓦，可以滿足全部6萬(wàn)名居民24兆瓦的用電負(fù)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(fēng)“桑迪”席卷美國(guó)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(wàn)名住戶未受影響。除公寓城外，處于颶風(fēng)登陸區(qū)域的紐約大學(xué)和普林斯頓大學(xué)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(xué)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(yīng)。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(guó)微電網(wǎng)市場(chǎng)
我國(guó)微電網(wǎng)的發(fā)展尚處于起始階段，但微電網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)我國(guó)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(jìn)行微電網(wǎng)示范項(xiàng)目的研究及建設(shè)。
目前我國(guó)已在山東煙臺(tái)長(zhǎng)島、上海崇明島、浙江舟山群島、福建平潭島、遼寧長(zhǎng)海群島、廣東南澳群島等地進(jìn)行了不同程度的微電網(wǎng)建設(shè)科研及實(shí)踐。其中，珠海東澳島微電網(wǎng)項(xiàng)目的建成，解決了島上長(zhǎng)期以來(lái)的缺電現(xiàn)象。煙臺(tái)長(zhǎng)島分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入控制工程通過(guò)國(guó)家發(fā)改委驗(yàn)收,正式竣工投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行保證對(duì)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(guò)在島上建設(shè)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、微電網(wǎng)中央運(yùn)行監(jiān)控及能量管理及單戶模式微電網(wǎng)等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種運(yùn)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(yīng)用
2012年開始建設(shè)浙江溫州洞頭鹿西島并網(wǎng)型微網(wǎng)示范工程和平陽(yáng)南麂島離網(wǎng)型微網(wǎng)示范工程。工程的實(shí)施是對(duì)含分布式電源、儲(chǔ)能和負(fù)荷構(gòu)成的新型電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)模式的有益探索，對(duì)于推動(dòng)新技術(shù)在海島電網(wǎng)的應(yīng)用具有積極意義，溫州洞頭鹿西島和平陽(yáng)南麂島也將開啟新能源供電的時(shí)代。
鹿西島坐落于溫州洞頭東北海域，是該市重點(diǎn)海洋捕撈基地，也是聞名遐邇的海上鳥島。多年來(lái)，僅由一回10千伏線路通過(guò)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(jì)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(xiàng)目投資約4309萬(wàn)元?！奥槿鸽m小，五臟俱全”，島上風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能三個(gè)系統(tǒng)組成了一個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)并網(wǎng)型微網(wǎng)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種運(yùn)行模式的靈活切換。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由島上兩臺(tái)780千瓦華儀風(fēng)機(jī)主導(dǎo)；光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由150塊光板、總?cè)萘?00千瓦太陽(yáng)能光伏發(fā)電場(chǎng)及相應(yīng)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(nèi)2兆瓦×2小時(shí)的鉛酸電池組、500千瓦×15秒的超級(jí)電容和5臺(tái)500千瓦的雙向變流器則組成了儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)存容量與供電海纜故障修復(fù)時(shí)間相匹配。當(dāng)分布式電源足夠負(fù)荷島上用電時(shí)，微網(wǎng)控制系統(tǒng)會(huì)把多余的電送入主網(wǎng)，當(dāng)分布式電源不足的時(shí)候則由主網(wǎng)供電，形成雙向調(diào)節(jié)平衡，為島上用電提供保障。內(nèi)部電源與儲(chǔ)能之間的協(xié)調(diào)控制、內(nèi)部獨(dú)立運(yùn)行與外部并網(wǎng)運(yùn)行之間的協(xié)調(diào)控制正是863課題的核心研究?jī)?nèi)容。
分布式電源單戶模式是鹿西島微網(wǎng)工程中的另一個(gè)亮點(diǎn)。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(fēng)機(jī)、小型太陽(yáng)能板和蓄電池，村民僅僅依靠陽(yáng)光、風(fēng)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(shè)備的不同組合模式，島上不同單戶模式的設(shè)立正是對(duì)不同分布式電源發(fā)電模式的實(shí)踐，為小型分布式電源的推廣提供經(jīng)驗(yàn)。
