微電網：為實現“雙碳”目標發揮“微”力

文章來源:科技日報陳曦通訊員劉曉2022-12-06 10:33

　　建設微電網，可以有效消納新能源，解決各種分布式電源并網運行時的主要問題。微電網的規劃設計主要是根據綜合用能、資源分布和現有網絡狀況，確定最優的系統建設方案，滿足用電的經濟性、可靠性和環保性要求。

　　近日，浙江寧波首個高山光儲協同微電網項目正式投運。系統投運后，會自發余電上網。與此同時，內蒙古電力集團首個“源網荷儲”微電網示范項目也于近日在額濟納旗正式開工建設，該項目是國內首個具備獨立運行能力、低短路容量、泛電壓等級、廣覆蓋范圍的“源網荷儲”新型電力系統項目。

　　黨的二十大報告提出，加快規劃建設新型能源體系。隨著我國微電網建設的發展，微電網可否改寫我國電網格局，在我國能源革命進程中發揮巨大“微”力？

　　麻雀雖小五臟俱全的微電網

　　“微電網是指由分布式電源、儲能、能量轉換裝置，以及負荷、監控和保護裝置等匯集而成的小型電力系統。”天津大學電氣自動化與信息工程學院副教授冀浩然介紹，微電網“麻雀雖小、五臟俱全”，它是一個能夠實現自我控制和管理的自治系統，具備完整的發電、配電和用電功能，能夠有效實現網內的能量優化。

　　之所以稱之為微電網，是相較傳統大電網而言。那么，為何在大電網建設十分成熟的當下，要進行微電網建設呢？

　　當前，“雙碳”目標是我國能源發展新階段的主要目標。在能源需求與環境保護的雙重壓力下，國內外都將目光投向了各種可再生能源的分布式發電相關技術領域。

　　但光伏、風機等分布式電源具有較強的間歇性和隨機性，受環境影響較大，這些電源難以依靠自身的調節能力來滿足功率平衡的要求。現有研究表明，將分布式電源以微電網的形式接入到電網中并網運行，與大電網互為支撐，是發揮分布式電源效能的有效方式。

　　“建設微電網，可以有效消納新能源，解決各種分布式電源并網運行時的主要問題。”冀浩然說，“按照是否與大電網連接，微電網可分為聯網型微電網和獨立型微電網。”

　　聯網型微電網一般情況下并網運行，依靠大電網穩定電壓和頻率，可以實現能量的雙向交換。在大電網發生故障時，微電網又可切換為獨立運行模式，保證對重要負荷的供電。獨立型微電網不與大電網相連，僅依靠自身的分布式電源和儲能系統為負荷供電，通常需要利用內部的柴油發電機和儲能系統等穩定電壓和頻率。

　　微電網不是大電網的“迷你版”

　　雖然都叫電網，但是微電網可不是傳統大電網的“迷你版”。

　　“微電網在功能、結構和運行方式上與傳統電網存在較大區別。”冀浩然解釋，微電網主要是以分布式電源為主、利用儲能系統和控制裝置進行調節來滿足負荷需求。因此，一般情況下微電網的容量較小，電源較為分散且靠近負荷，可以實現分布式能源的就地消化、就地平衡，同時也可以和大電網進行能量交換，互為輔助。

　　微電網可以有多種結構，具有較大的靈活性，可以根據當地的環境特點和資源分布，充分利用各種類型的分布式能源，建設獨特的網架結構，滿足一些特殊用戶的供電需求。

　　此外，微電網支持獨立組網運行，在大電網發生故障時可以迅速切斷與大電網的電氣聯系，依靠自身能力繼續向重要負荷供電。

　　“由于微電網具有較為復雜的動態運行特性和能量管理問題，未來微電網發展的技術核心在于規劃設計、保護控制、能量管理以及仿真分析。”冀浩然解釋，微電網在規劃設計時往往需要考慮運行控制策略的影響，因為兩者具有高度的耦合性。

　　微電網的規劃設計主要是根據綜合用能、資源分布和現有網絡狀況，確定最優的系統建設方案，滿足用電的經濟性、可靠性和環保性要求。通過微電網的保護控制，可以迅速識別系統故障，協調各種類型的分布式電源，保證系統安全穩定運行。

　　微電網的能量管理則是從更高層次實現對系統內各裝置的管理和控制，與傳統電網的能量管理系統不同的是，工程技術人員需要通過對微電網內部數據的實時監控以及外部信息的及時交互，制定合理的微電網運行方案。在微電網實際工程實施之前，一般需要進行詳細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實際裝置的運行特性，為微電網建設提供良好的實驗基礎。

　　邊遠地區用電不再是難題

　　隨著微電網的出現，邊遠地區、海島等地方的用電不再是難題。

　　邊遠地區一般土地面積大、人口規模小，而且遠離大電網，交通不便，采用傳統的配網形式往往成本較高，不利于持續發展。但是邊遠地區的可再生能源豐富，功率需求小，具備建設微電網的有利條件。

　　我國海島數量眾多，人口居住量少，總體用電量不大，與大電網連接需要遠距離架設輸電網絡，對于遠離大陸的島嶼還需要鋪設海底電纜，投資和維護成本巨大。建設海島微電網可以充分利用海島地區豐富的風能、光能等資源，是解決離網型海島用電問題的有效途徑。

　　“其實微電網在部分城市地區也非常適用。”冀浩然解釋，城市地區的人口規模大，用電需求高，電力系統調峰調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系統。這樣不僅可以實現自消納，還可以余電上網，輔助電力系統進行調峰調頻。

　　未來微電網將有很大發展空間

　　近幾年，我國陸續出臺了多項政策支持微電網行業發展，大力推動微電網工程建設。

　　目前，我國有200余個已經完工的微電網項目，在理論研究、實驗室建設和示范工程建設方面都取得了一系列成果。其中，江蘇大豐風電淡化海水微電網項目研發并應用了世界首臺由大規模風力發電機進行直接供能的孤島運行控制系統。天津生態城的微電網項目實現了“零能耗”，全年發用電總量保持平衡。

　　與此同時，我國分布式發電裝機總量逐年遞增，微電網市場增幅較大，預計未來市場規模會持續增加，有很大的發展空間。

　　“目前，在整個電網體系中，微電網起到了承上啟下的作用，是分布式電源與電網結合的有效方式，同時也是解決部分地區獨立供電的重要途徑。”冀浩然表示，微電網具備智能配電網的雛形，通過建設微電網，可以簡化配電網的優化調度過程，實現系統局部層面的能量優化，大大提高分布式電源的滲透率。微電網還具備獨立運行模式，在大電網故障時也能夠繼續向重要負荷供電，提供更加安全可靠的電力供應。

　　微電網技術就是為了解決數量龐大、形式多樣的分布式電源并網運行時的主要問題。對于新能源建設，微電網可以大大提高新能源利用率，為光伏、風電等新能源的發展提供應用平臺，提高電力系統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化利用和電網的削峰填谷，促進清潔高效的新能源發揮產業優勢，擴大市場規模，推動能源結構轉型，加速實現“雙碳”目標。