淺談微電網(wǎng)發(fā)展的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

張樂

【摘 要】微電網(wǎng)是由分布式能源、儲能單元、負荷以及監(jiān)控和保護裝置組成的集合，是一個小規(guī)模的熱電聯(lián)產(chǎn)低壓供電網(wǎng)絡(luò)。近年來，微電網(wǎng)發(fā)展迅速。在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下，微電網(wǎng)具有節(jié)能、環(huán)保、降低發(fā)電成本等優(yōu)勢。但微電網(wǎng)的應(yīng)用中同樣存在分布式電源成本高、欠缺技術(shù)標準、監(jiān)管制度不完等問題，其發(fā)展存在多種挑戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】能源；微電網(wǎng)；分布式能源

0 引言

近些年來，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正面臨著化石燃料資源逐漸枯竭、能源效率底下和環(huán)境污染的問題。這些問題促進了分布式發(fā)電的發(fā)展和應(yīng)用，分布式電源和電負荷組成微電網(wǎng)，通過低電壓與配電網(wǎng)連接。微電網(wǎng)發(fā)展迅速，具有很強的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，同時也遇到很多問題，面臨著多種挑戰(zhàn)。

1 微電網(wǎng)的概念

微電網(wǎng)是由各種分布式電源、儲能單元、負荷以及監(jiān)控和保護裝置組成的集合；具有靈活的運行方式和可調(diào)度性能，能在并網(wǎng)運行和孤島運行兩種模式間切換；通過相關(guān)控制裝置間的協(xié)調(diào)配合，可同時向用戶提供電能和熱能。

微電網(wǎng)的電源一般為分布式能源，多為可再生能源。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，微電網(wǎng)的系統(tǒng)容量通常在數(shù)千瓦到數(shù)兆瓦之間，微電網(wǎng)一般與配電網(wǎng)相連。

和傳統(tǒng)電網(wǎng)中的大型發(fā)電機組相比，微電網(wǎng)的規(guī)模較小，微電源一般安裝在靠近用戶住所的地方，能夠高效地為用戶供電，大大減少線損，特別適合為一些邊遠地區(qū)供電。

微電網(wǎng)由兩種運行方式：并網(wǎng)和孤島模式。在并網(wǎng)模式下，微電網(wǎng)與主電網(wǎng)保持全部或部分連接，從主電網(wǎng)輸入或輸出電力。當主電網(wǎng)發(fā)生故障時，微電網(wǎng)可以切換到孤島模式下，保證對用戶的供電。

2 微電網(wǎng)的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢

在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下，微電網(wǎng)的發(fā)展具有很多優(yōu)勢。從電網(wǎng)的角度看，微電網(wǎng)的主要優(yōu)勢是可以將其當做電力系統(tǒng)內(nèi)的一個受控實體，其可以作為單一的負荷集運行。這確定了微電網(wǎng)的可控性。從用戶的角度看，微電網(wǎng)有利于就地滿足其對電能的供應(yīng)需求。

微電網(wǎng)的發(fā)展存在多種有利條件。

2.1 節(jié)約發(fā)電成本

對熱電聯(lián)產(chǎn)運行模式下的余熱利用，使得微電網(wǎng)總的能源效率達到80%以上，遠遠超出了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。多個微電源的集成也能起到節(jié)約成本的作用，微電源組成的微電網(wǎng)直接將電能分配給本地用戶，避免了從電網(wǎng)的饋線上輸入、輸出電能，減少了電能的損耗。

微電網(wǎng)的技術(shù)特點使其適合為邊遠地區(qū)的用戶供電，如果從電網(wǎng)系統(tǒng)為這些用戶供電，減少由于地理問題和惡劣氣候條件，會大大增加供電成本，也難以保證供電的可靠性。

2.2 減少環(huán)境壓力

由于負荷的快速增長，傳統(tǒng)發(fā)電方式的增長需求導(dǎo)致化石燃料儲備的持續(xù)消耗。因此，大多數(shù)國家都在尋求常規(guī)能源或可再生能源作為替代能源。同時，通過分布式能源的開發(fā)、生產(chǎn)環(huán)保清潔能源能夠有效減少環(huán)境壓力。

微電網(wǎng)比常規(guī)的大型火電廠對環(huán)境的影響要小，且氣體和顆粒物排放減少，最終可有助于應(yīng)對全球變暖。用戶與微電源的直接接觸，將大大增強電力用戶合理使用能源的意識。

2.3 運行投資方面

微電網(wǎng)的應(yīng)用可以有效縮短微電源和負荷之間的電氣和物理距離?？梢杂行p少輸配電饋線的擁堵，降低輸配電電能損耗，并且通過適當?shù)馁Y產(chǎn)管理，能夠減少在輸電荷發(fā)電系統(tǒng)擴展中的投資。

2.4 改善電能質(zhì)量

微電網(wǎng)的應(yīng)用可以實現(xiàn)供電質(zhì)量和供電可靠性的改善。分散供電可以更好的匹配供應(yīng)和需求，減小大規(guī)模傳輸和發(fā)電中斷的影響，并且通過微源的黑啟動策略，可以實現(xiàn)最小化故障停機時間。

2.5 市場參與優(yōu)點

在市場參與的情況下，制定由市場驅(qū)動的微電網(wǎng)運作程序，將顯著降低現(xiàn)有發(fā)電公司的市場支配力。模塊化即插即用的微電源的廣泛應(yīng)用，可有助于降低電力市場的能源價格。配電網(wǎng)投資和分布式發(fā)電利用率之間適當?shù)慕?jīng)濟平衡，有可能使長期電力用戶的價格降低大約百分之十。

3 微電網(wǎng)發(fā)展的挑戰(zhàn)和劣勢

雖然微電網(wǎng)有很多優(yōu)勢，但其發(fā)展依然受到經(jīng)濟成本、技術(shù)支持、市場等方面的制約：

1）微電源成本高。分布式能源的裝成高時微電網(wǎng)發(fā)展中的一個極大的難題，不過目前我國政府機構(gòu)對于分布式能源的安裝和使用有多種形式的補貼以鼓勵投資和降低成本。

2）技術(shù)標準欠缺。微電網(wǎng)的應(yīng)用目前還尚未成熟，缺少可行的的運行和保護問題的標準。

3）技術(shù)上的困難。在微電網(wǎng)的管理、保護和控制，微電源的選擇、分級和位置確定等方面缺乏技術(shù)經(jīng)驗。經(jīng)濟地實現(xiàn)運行模式間的無縫轉(zhuǎn)換仍然是一個很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

4）行政和法律障礙。在大多數(shù)國家，沒有標準的立法和法規(guī)來管理微電網(wǎng)的運行。一些國家的政府鼓勵建立綠色能源微電網(wǎng)，但尚未對將要實施的標準法規(guī)進行設(shè)計。

4 微電網(wǎng)運行中需要解決的問題

微電網(wǎng)在實際運行中有很多需要解決的問題，在微電網(wǎng)普及之前，為了達到微電網(wǎng)運行的穩(wěn)定和安全，很多技術(shù)、監(jiān)管和經(jīng)濟上的問題都還不夠完善。

為保證電能質(zhì)量，微電網(wǎng)必須維持短時的有功、無功功率平衡，且需要制定微電網(wǎng)的發(fā)電計劃、最優(yōu)潮流運行以及負荷經(jīng)濟調(diào)度來維持微網(wǎng)的經(jīng)濟運行。

微電網(wǎng)中電能的生產(chǎn)、供應(yīng)和存儲必須根據(jù)微網(wǎng)中負荷需求和長期能量平衡進行合理的規(guī)劃。發(fā)電和負荷之間臨時的平衡失調(diào)應(yīng)通過適當?shù)呢摵深A(yù)測和需求側(cè)管理來緩解。負荷轉(zhuǎn)移可有利于使需求曲線變平緩，從而減少備用容量。

5 總結(jié)

微電網(wǎng)的應(yīng)用可以全面提高配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，滿足用戶用電需求的靈活性。微電網(wǎng)若能普及，不僅可以提高發(fā)電廠的能源利用效率，并且可以很大程度上減少對環(huán)境的熱污染。但是微電網(wǎng)在運行時，其與主電網(wǎng)的連接和孤島運行模式的切換以及運行管理方面仍尋在大量的技術(shù)難題需要解決。

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[責任編輯：田吉捷]