微電網(wǎng)：為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)發(fā)揮“微”力

陳曦

建設(shè)微電網(wǎng)，可以有效消納新能源，解決各種分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時的主要問題。微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計主要是根據(jù)綜合用能、資源分布和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況，確定最優(yōu)的系統(tǒng)建設(shè)方案，滿足用電的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性要求。

近日，浙江寧波首個高山光儲協(xié)同微電網(wǎng)項目正式投運(yùn)。系統(tǒng)投運(yùn)后，會自發(fā)余電上網(wǎng)。與此同時，內(nèi)蒙古電力集團(tuán)首個“源網(wǎng)荷儲”微電網(wǎng)示范項目也于近日在額濟(jì)納旗正式開工建設(shè)，該項目是國內(nèi)首個具備獨(dú)立運(yùn)行能力、低短路容量、泛電壓等級、廣覆蓋范圍的“源網(wǎng)荷儲”新型電力系統(tǒng)項目。

黨的二十大報告提出，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系。隨著我國微電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，微電網(wǎng)可否改寫我國電網(wǎng)格局，在我國能源革命進(jìn)程中發(fā)揮巨大“微”力？

“微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能、能量轉(zhuǎn)換裝置，以及負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等匯集而成的小型電力系統(tǒng)。”天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院副教授冀浩然介紹，微電網(wǎng)“麻雀雖小、五臟俱全”，它是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的自治系統(tǒng)，具備完整的發(fā)電、配電和用電功能，能夠有效實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的能量優(yōu)化。

之所以稱之為微電網(wǎng)，是相較傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言。那么，為何在大電網(wǎng)建設(shè)十分成熟的當(dāng)下，要進(jìn)行微電網(wǎng)建設(shè)呢？

當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)是我國能源發(fā)展新階段的主要目標(biāo)。在能源需求與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，國內(nèi)外都將目光投向了各種可再生能源的分布式發(fā)電相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

但光伏、風(fēng)機(jī)等分布式電源具有較強(qiáng)的間歇性和隨機(jī)性，受環(huán)境影響較大，這些電源難以依靠自身的調(diào)節(jié)能力來滿足功率平衡的要求。現(xiàn)有研究表明，將分布式電源以微電網(wǎng)的形式接入到電網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式電源效能的有效方式。

“建設(shè)微電網(wǎng)，可以有效消納新能源，解決各種分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時的主要問題?！奔胶迫徽f，“按照是否與大電網(wǎng)連接，微電網(wǎng)可分為聯(lián)網(wǎng)型微電網(wǎng)和獨(dú)立型微電網(wǎng)?！?/p>

聯(lián)網(wǎng)型微電網(wǎng)一般情況下并網(wǎng)運(yùn)行，依靠大電網(wǎng)穩(wěn)定電壓和頻率，可以實現(xiàn)能量的雙向交換。在大電網(wǎng)發(fā)生故障時，微電網(wǎng)又可切換為獨(dú)立運(yùn)行模式，保證對重要負(fù)荷的供電。獨(dú)立型微電網(wǎng)不與大電網(wǎng)相連，僅依靠自身的分布式電源和儲能系統(tǒng)為負(fù)荷供電，通常需要利用內(nèi)部的柴油發(fā)電機(jī)和儲能系統(tǒng)等穩(wěn)定電壓和頻率。

雖然都叫電網(wǎng)，但是微電網(wǎng)可不是傳統(tǒng)大電網(wǎng)的“迷你版”。

“微電網(wǎng)在功能、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式上與傳統(tǒng)電網(wǎng)存在較大區(qū)別?！奔胶迫唤忉?，微電網(wǎng)主要是以分布式電源為主、利用儲能系統(tǒng)和控制裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)來滿足負(fù)荷需求。因此，一般情況下微電網(wǎng)的容量較小，電源較為分散且靠近負(fù)荷，可以實現(xiàn)分布式能源的就地消化、就地平衡，同時也可以和大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，互為輔助。

微電網(wǎng)可以有多種結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性，可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特點(diǎn)和資源分布，充分利用各種類型的分布式能源，建設(shè)獨(dú)特的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，滿足一些特殊用戶的供電需求。

此外，微電網(wǎng)支持獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行，在大電網(wǎng)發(fā)生故障時可以迅速切斷與大電網(wǎng)的電氣聯(lián)系，依靠自身能力繼續(xù)向重要負(fù)荷供電。

“由于微電網(wǎng)具有較為復(fù)雜的動態(tài)運(yùn)行特性和能量管理問題，未來微電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)核心在于規(guī)劃設(shè)計、保護(hù)控制、能量管理以及仿真分析?！奔胶迫唤忉專㈦娋W(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計時往往需要考慮運(yùn)行控制策略的影響，因為兩者具有高度的耦合性。

微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計主要是根據(jù)綜合用能、資源分布和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況，確定最優(yōu)的系統(tǒng)建設(shè)方案，滿足用電的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性要求。通過微電網(wǎng)的保護(hù)控制，可以迅速識別系統(tǒng)故障，協(xié)調(diào)各種類型的分布式電源，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

微電網(wǎng)的能量管理則是從更高層次實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)各裝置的管理和控制，與傳統(tǒng)電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)不同的是，工程技術(shù)人員需要通過對微電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控以及外部信息的及時交互，制定合理的微電網(wǎng)運(yùn)行方案。在微電網(wǎng)實際工程實施之前，一般需要進(jìn)行詳細(xì)的實驗仿真測試工作。因此，提高仿真分析的精度和速度，可以更加真實地反應(yīng)實際裝置的運(yùn)行特性，為微電網(wǎng)建設(shè)提供良好的實驗基礎(chǔ)。

隨著微電網(wǎng)的出現(xiàn)，邊遠(yuǎn)地區(qū)、海島等地方的用電不再是難題。

邊遠(yuǎn)地區(qū)一般土地面積大、人口規(guī)模小，而且遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，交通不便，采用傳統(tǒng)的配網(wǎng)形式往往成本較高，不利于持續(xù)發(fā)展。但是邊遠(yuǎn)地區(qū)的可再生能源豐富，功率需求小，具備建設(shè)微電網(wǎng)的有利條件。

我國海島數(shù)量眾多，人口居住量少，總體用電量不大，與大電網(wǎng)連接需要遠(yuǎn)距離架設(shè)輸電網(wǎng)絡(luò)，對于遠(yuǎn)離大陸的島嶼還需要鋪設(shè)海底電纜，投資和維護(hù)成本巨大。建設(shè)海島微電網(wǎng)可以充分利用海島地區(qū)豐富的風(fēng)能、光能等資源，是解決離網(wǎng)型海島用電問題的有效途徑。

“其實微電網(wǎng)在部分城市地區(qū)也非常適用?！奔胶迫唤忉?，城市地區(qū)的人口規(guī)模大，用電需求高，電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻是十分突出的問題，在自家屋頂安裝光伏組件，再加上儲能裝置，就可以搭建一套用戶級的微電網(wǎng)系統(tǒng)。這樣不僅可以實現(xiàn)自消納，還可以余電上網(wǎng)，輔助電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻。

近幾年，我國陸續(xù)出臺了多項政策支持微電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展，大力推動微電網(wǎng)工程建設(shè)。

目前，我國有200余個已經(jīng)完工的微電網(wǎng)項目，在理論研究、實驗室建設(shè)和示范工程建設(shè)方面都取得了一系列成果。其中，江蘇大豐風(fēng)電淡化海水微電網(wǎng)項目研發(fā)并應(yīng)用了世界首臺由大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行直接供能的孤島運(yùn)行控制系統(tǒng)。天津生態(tài)城的微電網(wǎng)項目實現(xiàn)了“零能耗”，全年發(fā)用電總量保持平衡。

與此同時，我國分布式發(fā)電裝機(jī)總量逐年遞增，微電網(wǎng)市場增幅較大，預(yù)計未來市場規(guī)模會持續(xù)增加，有很大的發(fā)展空間。

“目前，在整個電網(wǎng)體系中，微電網(wǎng)起到了承上啟下的作用，是分布式電源與電網(wǎng)結(jié)合的有效方式，同時也是解決部分地區(qū)獨(dú)立供電的重要途徑?！奔胶迫槐硎?，微電網(wǎng)具備智能配電網(wǎng)的雛形，通過建設(shè)微電網(wǎng)，可以簡化配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度過程，實現(xiàn)系統(tǒng)局部層面的能量優(yōu)化，大大提高分布式電源的滲透率。微電網(wǎng)還具備獨(dú)立運(yùn)行模式，在大電網(wǎng)故障時也能夠繼續(xù)向重要負(fù)荷供電，提供更加安全可靠的電力供應(yīng)。

微電網(wǎng)技術(shù)就是為了解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時的主要問題。對于新能源建設(shè)，微電網(wǎng)可以大大提高新能源利用率，為光伏、風(fēng)電等新能源的發(fā)展提供應(yīng)用平臺，提高電力系統(tǒng)對新能源的消納和控制能力，減小可再生能源波動的影響，有利于可再生能源的優(yōu)化利用和電網(wǎng)的削峰填谷，促進(jìn)清潔高效的新能源發(fā)揮產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，擴(kuò)大市場規(guī)模，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，加速實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。