干货｜微电网市场全球应用案例介绍

      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，是传统电网向智能电网的过渡。
 

      全球微电网市场综述
 

      无论是在离岸的海岛、偏远的边疆无人地区，抑或是在人群密集的都市楼宇、社区、工厂，人们越来越多的看到分布式能源应用的场景。例如，分布式光伏、风力发电搭配柴油发电机组成的微电网，保障遥远小岛上渔民的全部用能需求；又如，天然气冷热电三联供（CCHP）、分布式可再生能源技术被集成到城市社区微电网系统中，为居民和企业提供本地生产的且经济高效的电力、热水以及制冷服务。

      而这一切很大程度上需要归功于微电网技术，正是因为微电网的兴起，人们选择的用能服务不再局限于市政电网集中供能的模式。这也使得那些建立在市政电网范围之外的遥远海岛、边疆区域，以及对经济性、安全性、环保性有特殊要求的用能单位，可以按照其各自的需求在靠近用户侧的位置来建立分布式的能源供应系统。

      到2016年12月，全球微电网的容量已经达到16,552MW。仅在2016年，全球就计划部署1681个新型微电网项目，95%的项目在北美和亚太地区，其中北美占据54%的全球微电网容量。国外对于微电网的研究起步较早，在关键技术方面已取得一些突破。其中美国、欧洲、日本及加拿大等建设了一批示范工程，成为微电网领域领先国家。我国虽对微电网的研究取得一定的进展，但与欧洲、美国及日本等庞大研究团队相比，在研究力量和取得成果上仍存在较大差距。
 

      英国——离岸海岛微电网的应用
 

      英国苏格兰的埃格岛（IsleofEigg）是海岛离网型微电网成功应用的典范。因地制宜的微电网充分利用了当地的自然资源，其中发电系统主要由分布式光伏、小型风力发电和水力发电设施组成，总装机容量为184千瓦。多余的可再生电力被储存到电池阵列中，天气条件不佳的情况下，电池组可以为全岛提供一整天的电力。微电网中还包括两台70千瓦的柴油发电机，以备不时之需。整个系统的装机容量虽不算大，但足以满足近百名居民的电力需求，可以称得上是“小而美”的海岛微电网。
 

      微电网中，各种能源在不同季节、不同时段中协同运行，多能互补也成为埃格岛电力系统的最佳配置。得益于较高的纬度，夏季的埃格岛可以享受较长时间的日照，再加上夏季雨水较少，光伏系统的利用率也随之提高。受天气影响，风电和水电在夏季的出力状况不甚理想，居民全天的电力消费都来自光伏和储能电池，只有在游客增多等少数情况下，备用的柴油发电机才开始供电。到了冬季，岛上降雨增多，三台小型水力发电机成为主要的电力来源。埃格岛微电网的控制系统可以监测发电设施的运行，优化电池的充放电循环，并且在电力短缺时自动启动柴油发电机。

      微电网极大地提升了埃格岛的电力消费品质。微电网建成之前，居民靠自家的柴油发电机供电，在支付高昂成本的同时，还要忍受设备的噪音和空气污染。岛上的柴油依靠渡轮运输，储备有限的住户会面临断电的风险。如今，微电网保证了埃格岛的不间断供电，每年超过90%的电力消费都来自可再生能源，二氧化碳的排放量也降低了接近一半。另一方面，岛上的微电网展示了出色的经济性。整个项目的设计和建设成本约为166万英镑，而跨海架设电网的成本则高达400多万；目前，埃格岛的电力价格仍高于英国的平均水平，但已经比过去降低了60%。风、光、水、储的有效整合使居民摆脱了化石能源的限制，埃格岛的经验也证明，离网型海岛微电网可以满足现代生活的电力需求。
 

      印度——在偏远区域微电网的应用
 

      在印度，无电人口的数量达到2.4亿，约占印度人口总数的20%，其中绝大部分人生活在偏远的农村地区，这给印度政府的全国电气化计划带来不小的的技术和经济性挑战。比哈尔邦（Bihar）是印度电力缺口最大的邦之一，全邦79%的农村家庭无电可用，其中超过一半的家庭没有接入电网；其他所谓的“通电”家庭则依赖于单一的柴油发电机，这使得该区域对柴油特别依赖，提高了用能成本并造成了空气污染。

      以光伏作为主、柴油发电机作为备用的分布式能源系统可以解决这些偏远地区的用电问题。研究人员为农村家庭开发了光伏微电网，包括一块125瓦的太阳能电池板、1千瓦时的储能电池、控制箱和直流家电。不同于普通的交流用电，这套户用微网以直流电运行，避免了光伏、电池和家电之间交直流转换引起的能量损失。整套系统的成本比架设电网的方式更低，供电也更加可靠。已经接入市政电网的家庭也可以将其作为优质的备用电源，免除电网频繁断电带来的困扰。同时，研究人员也开发了覆盖多户家庭的500瓦和7.5千瓦的微电网。

      目前，这套系统已经为超过4000户的农村家庭提供了电力。在比哈尔邦的农村社区，分布式光伏、储能电池与已有的柴油发电机构成微电网系统，为用户提供可靠电力的同时也降低了用电成本，在柴油价格走高之时，光伏的替代作用使系统的经济性更加出众。目前，印度大多数的微电网和独立供电系统仍采用柴油发电机，但成本日趋下降的分布式光伏和因地制宜的小型水电、风电设施正逐渐凸显出经济和环境效益，这在农村地区显得尤为重要。离网型微电网将在印度的电气化进程中起到关键作用，这项技术也值得向全球的其他无电地区推广。
 

      美国——在城市社区微电网的应用
 

      并网型微电网满足了美国最大的居民住宅——纽约联合公寓城（Co-OpCity）的能源需求，并且在极端天气的情况下保障系统的供能安全。该项目的核心设备是西门子公司生产的能够实现冷、热、电三联供（CCHP）的燃气轮机、蒸汽轮机以及控制系统。该能源站总装机容量达到40兆瓦，可以满足全部6万名居民24兆瓦的用电负荷峰值需求，其余16兆瓦容量发出的电力被出售给大电网。

      2012年10月，飓风“桑迪”席卷美国东海岸并造成大面积断电期间，联合公寓城的微电网持续供能，6万名住户未受影响。除公寓城外，处于飓风登陆区域的纽约大学和普林斯顿大学也配备了以天然气分布式能源站为主的微电网，两所大学与大电网断开并切换至“孤岛模式”，保证了市政电网断电期间校园的能源供应。这些案例都充分体现了微电网系统的稳定性。
 

      中国微电网市场
 

      我国微电网的发展尚处于起始阶段，但微电网的特点适应我国电力发展的需求和方向，发展路线明确。2012年陆续有一批重大示范工程获批，河北、天津、河南、浙江、珠海等地已经在进行微电网示范项目的研究及建设。

      目前我国已在山东烟台长岛、上海崇明岛、浙江舟山群岛、福建平潭岛、辽宁长海群岛、广东南澳群岛等地进行了不同程度的微电网建设科研及实践。其中，珠海东澳岛微电网项目的建成，解决了岛上长期以来的缺电现象。烟台长岛分布式发电及微电网接入控制工程通过国家发改委验收,正式竣工投运，实现孤网运行保证对重要用户的连续供电。

      温州鹿西岛微电网示范工程通过在岛上建设风力发电、光伏发电、储能、微电网中央运行监控及能量管理及单户模式微电网等系统，实现并网和孤网两种运行模式的灵活切换，可为全岛客户提供清洁可再生能源。
 

      浙江——在海岛供电中微电网的应用
 

      2012年开始建设浙江温州洞头鹿西岛并网型微网示范工程和平阳南麂岛离网型微网示范工程。工程的实施是对含分布式电源、储能和负荷构成的新型电网运营模式的有益探索，对于推动新技术在海岛电网的应用具有积极意义，温州洞头鹿西岛和平阳南麂岛也将开启新能源供电的时代。

      鹿西岛坐落于温州洞头东北海域，是该市重点海洋捕捞基地，也是闻名遐迩的海上鸟岛。多年来，仅由一回10千伏线路通过海底电缆向其供电，海缆一旦遭到破坏，岛上用电就要受到影响。海缆的不经济性和渔民捕鱼易造成海缆破坏是众多海岛面临的现状。
 

      鹿西岛并网型微网示范工程位于该岛山坪村，占地面积为11062平方米，项目投资约4309万元。“麻雀虽小，五脏俱全”，岛上风力发电、光伏发电、储能三个系统组成了一个风光储并网型微网系统，可以实现并网和孤网两种运行模式的灵活切换。风力发电系统由岛上两台780千瓦华仪风机主导；光伏发电系统主要是由150块光板、总容量300千瓦太阳能光伏发电场及相应的并网逆变器和升压变压器组成；微网控制综合大楼内2兆瓦×2小时的铅酸电池组、500千瓦×15秒的超级电容和5台500千瓦的双向变流器则组成了储能系统，储存容量与供电海缆故障修复时间相匹配。当分布式电源足够负荷岛上用电时，微网控制系统会把多余的电送入主网，当分布式电源不足的时候则由主网供电，形成双向调节平衡，为岛上用电提供保障。内部电源与储能之间的协调控制、内部独立运行与外部并网运行之间的协调控制正是863课题的核心研究内容。

      分布式电源单户模式是鹿西岛微网工程中的另一个亮点。工程为岛上15户居民安装了单户小型分布式电源，即小型风机、小型太阳能板和蓄电池，村民仅仅依靠阳光、风这些自然资源就可以获得日常生活用电。在近几年分布式电源发展中已经出现了这三种设备的不同组合模式，岛上不同单户模式的设立正是对不同分布式电源发电模式的实践，为小型分布式电源的推广提供经验。