智能微电网-供给侧能源革命破局的关键

2018-02-09 09:07

编者按:2015年11月,国务院办公厅再一次印发《国家大面积停电事件应急预案》,明确“大面积停电事件是指由于自然灾害、电力安全事故和外力破坏等原因造成区域性电网、省级电网或城市电网大量减供负荷,对国家安全、社会稳定以及人民群众生产生活造成影响和威胁的停电事件”。对应事件分四个级别,其应急响应也设定为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级四个等级。规定了事件处置组织指挥体系。明却了应对指挥机构分为国家、地方政府、企业三个层面。可见电网对于国家安全的重要性,现在很多清洁能源无法上网,原因也大体相关连,怎么解决是摆在面前的问题。看看微电网有什么作为!


一、微电网

        微电网(Micro-Grid)也译为微网,是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。它们接在用户侧,具有成本低、电压低以及污染小等特点。

       微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。 开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式,使传统电网向智能电网过渡。

        环境保护和能源供给的双重压力,迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业(热电联供)的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制,不需要分布式的就地控制器,而仅采用常规的量测装置,量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制,微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。

        微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统,它作为完整的电力系统,依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。

       智能微电网是规模较小的分散的独立系统,是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网运行,也可以孤立运行。它将分布式电源、储能装置、能量装换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。


一、微电网在全球能源转型中作用渐显

  任何国家,稳定的电力供应都是经济发展和人们日常生活的最基本保障。虽然暂时性的停电对家庭生活只会带来些许不便,但对于医院和军事基地等关键设施而言,断电很可能会造成重要服务或军事任务的中断,继而危及人类生命安全。为本地需求提供电力的小型网络——微电网,是规避这一风险的有效途径之一。

  “目前在全球有数以百计的微电网正在运行,并且它们的数量仍在增长。在包括并网型和独立型系统的各种微电网配置实践中,我们可以有机会洞察微电网整合高比例波动的可再生能源的能力。”落基山研究所项目总监Kaitl yn Bunker和克林顿气候行动岛屿能源计划项目经理Siana Teelucksin的研究《微电网在全球能源转型中的重要作用》称。

  该研究称,近年来,太阳能和风能发电成本大幅下降,这意味着太阳能和风能发电已经具备了与传统化石燃料发电技术相当的成本竞争力。这使得微电网能够在完成稳定电力供应这一主要任务的同时,以经济可行的方式实现清洁能源目标。


二、岛屿微电网转型加快

  微电网可以与更大的电网相连接。而在大规模断电事故发生时,微电网可以中断与主要电网的连接并继续独立运行,保证其服务区域内家用和商用的电力供应。可靠性更高、更具可持续性以及更低的成本,这些优势使得并网型微电网采用率不断提高,同时也在促进独立型微电网的转型。

  一些发展中的岛屿小国在2016年巴黎缔约国大会上展现了一定的作用,并且正在积极落实电力系统转型,充分利用本地的可再生能源。太阳能光伏、风力发电以及储能技术,能够帮助独立型微电网履行国际气候承诺,提高能源独立性,降低碳排放。

    该研究认为,随着微电网中波动的可再生能源比例的增加,为保证系统的稳定运行需要更精密复杂的控制技术。

       以岛屿为例,整个国家(及其经济)都依靠于唯一的电网。电网工程师和运行人员肩负着维持独立型微电网稳定运行的重要任务,因为这会影响到整个国家的运转。


三、并网型和独立型微电网的共同挑战

       该研究称,虽然并网型和独立型微电网明显不同,但它们有许多共同点。这些共性使得各类微电网的项目经验能够互相借鉴,加速各类微电网学习曲线的上升势头。

  并网型微电网的优势是在正常运行时段可以依靠大型电网作为后备,同时,它们与独立型微电网所应用的技术相似,并面临着类似的挑战——如何保证可靠、可持续且低成本的电力供应。在并网型和独立型微电网的设计过程中,如何在波动性和稳定性能源之间保持正确的平衡是一大主要挑战。此外,另一个难题是如何在降低成本和建设大规模备用能源以保证可靠性之间找到经济平衡。

  和岛屿电网一样,传统的并网型微电网也较大程度依赖于各种化石燃料发电技术,尤其是柴油发电。它们的后备系统也常常以燃气发电、燃料电池和热电联产技术为主。随着可再生能源技术成本的稳定下降,以及分布式能源的价值得到越来越多的认识、管理与肯定,并网型微电网碳排放强度越来越低,同时发电来源越来越丰富。并网型微电网的另一个难题是需要为两种主要运行模式分别设计控制系统。例如,美国加州大学圣地亚哥分校微电网就已成功证明了在连接大型电网和与其隔离时都可正常运行。


四、各种规模电网共同的机遇

  由于独立型和并网型微电网具有类似的目标、技术与挑战,两种微电网的设计者与运营商有机会充分交流,互相学习最佳实践经验。

  该研究认为,考虑到并网型或独立型微电网断电的严重后果,对微电网构架设计、发电来源选择、集成及控制必须经过非常仔细地研究。此外,电网运营商正在寻求创新而又经过验证的解决方案,并且已开始尝试应用新的运营方式,包括更贴近用户的协调工作等。

  “考虑到电网拥有者与运营商必须评估的多方面问题,以及微电网所能提供的种种机遇,可以预见,微电网能够在全球电力系统转型中起到重要的指引作用。”该研究称,发达国家历来有着引领创新、科技进步和(电网)运营最佳实践的传统,但在发展微电网的过程中,岛屿国家尤其能够引领能源转型并分享经验。在意识到安全稳定的电力供应是电网健康和国家经济的重要基础,以及对外部的能源依赖的种种弊端后,各岛屿国家政府和电力公司如今正要抓紧这一难得的机遇发展和优化可再生能源微电网系统。

       总之,岛屿国家的实践给我们提供了验证:智能微电网可能将是我国供给侧能源革命破局的关键!
 

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