微电网：为实现“双碳”目标发挥“微”力

文章来源:科技日报陈曦通讯员刘晓2022-12-06 10:33

　　建设微电网，可以有效消纳新能源，解决各种分布式电源并网运行时的主要问题。微电网的规划设计主要是根据综合用能、资源分布和现有网络状况，确定最优的系统建设方案，满足用电的经济性、可靠性和环保性要求。

　　近日，浙江宁波首个高山光储协同微电网项目正式投运。系统投运后，会自发余电上网。与此同时，内蒙古电力集团首个“源网荷储”微电网示范项目也于近日在额济纳旗正式开工建设，该项目是国内首个具备独立运行能力、低短路容量、泛电压等级、广覆盖范围的“源网荷储”新型电力系统项目。

　　党的二十大报告提出，加快规划建设新型能源体系。随着我国微电网建设的发展，微电网可否改写我国电网格局，在我国能源革命进程中发挥巨大“微”力？

　　麻雀虽小五脏俱全的微电网

　　“微电网是指由分布式电源、储能、能量转换装置，以及负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型电力系统。”天津大学电气自动化与信息工程学院副教授冀浩然介绍，微电网“麻雀虽小、五脏俱全”，它是一个能够实现自我控制和管理的自治系统，具备完整的发电、配电和用电功能，能够有效实现网内的能量优化。

　　之所以称之为微电网，是相较传统大电网而言。那么，为何在大电网建设十分成熟的当下，要进行微电网建设呢？

　　当前，“双碳”目标是我国能源发展新阶段的主要目标。在能源需求与环境保护的双重压力下，国内外都将目光投向了各种可再生能源的分布式发电相关技术领域。

　　但光伏、风机等分布式电源具有较强的间歇性和随机性，受环境影响较大，这些电源难以依靠自身的调节能力来满足功率平衡的要求。现有研究表明，将分布式电源以微电网的形式接入到电网中并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式电源效能的有效方式。

　　“建设微电网，可以有效消纳新能源，解决各种分布式电源并网运行时的主要问题。”冀浩然说，“按照是否与大电网连接，微电网可分为联网型微电网和独立型微电网。”

　　联网型微电网一般情况下并网运行，依靠大电网稳定电压和频率，可以实现能量的双向交换。在大电网发生故障时，微电网又可切换为独立运行模式，保证对重要负荷的供电。独立型微电网不与大电网相连，仅依靠自身的分布式电源和储能系统为负荷供电，通常需要利用内部的柴油发电机和储能系统等稳定电压和频率。

　　微电网不是大电网的“迷你版”

　　虽然都叫电网，但是微电网可不是传统大电网的“迷你版”。

　　“微电网在功能、结构和运行方式上与传统电网存在较大区别。”冀浩然解释，微电网主要是以分布式电源为主、利用储能系统和控制装置进行调节来满足负荷需求。因此，一般情况下微电网的容量较小，电源较为分散且靠近负荷，可以实现分布式能源的就地消化、就地平衡，同时也可以和大电网进行能量交换，互为辅助。

　　微电网可以有多种结构，具有较大的灵活性，可以根据当地的环境特点和资源分布，充分利用各种类型的分布式能源，建设独特的网架结构，满足一些特殊用户的供电需求。

　　此外，微电网支持独立组网运行，在大电网发生故障时可以迅速切断与大电网的电气联系，依靠自身能力继续向重要负荷供电。

　　“由于微电网具有较为复杂的动态运行特性和能量管理问题，未来微电网发展的技术核心在于规划设计、保护控制、能量管理以及仿真分析。”冀浩然解释，微电网在规划设计时往往需要考虑运行控制策略的影响，因为两者具有高度的耦合性。

　　微电网的规划设计主要是根据综合用能、资源分布和现有网络状况，确定最优的系统建设方案，满足用电的经济性、可靠性和环保性要求。通过微电网的保护控制，可以迅速识别系统故障，协调各种类型的分布式电源，保证系统安全稳定运行。

　　微电网的能量管理则是从更高层次实现对系统内各装置的管理和控制，与传统电网的能量管理系统不同的是，工程技术人员需要通过对微电网内部数据的实时监控以及外部信息的及时交互，制定合理的微电网运行方案。在微电网实际工程实施之前，一般需要进行详细的实验仿真测试工作。因此，提高仿真分析的精度和速度，可以更加真实地反应实际装置的运行特性，为微电网建设提供良好的实验基础。

　　边远地区用电不再是难题

　　随着微电网的出现，边远地区、海岛等地方的用电不再是难题。

　　边远地区一般土地面积大、人口规模小，而且远离大电网，交通不便，采用传统的配网形式往往成本较高，不利于持续发展。但是边远地区的可再生能源丰富，功率需求小，具备建设微电网的有利条件。

　　我国海岛数量众多，人口居住量少，总体用电量不大，与大电网连接需要远距离架设输电网络，对于远离大陆的岛屿还需要铺设海底电缆，投资和维护成本巨大。建设海岛微电网可以充分利用海岛地区丰富的风能、光能等资源，是解决离网型海岛用电问题的有效途径。

　　“其实微电网在部分城市地区也非常适用。”冀浩然解释，城市地区的人口规模大，用电需求高，电力系统调峰调频是十分突出的问题，在自家屋顶安装光伏组件，再加上储能装置，就可以搭建一套用户级的微电网系统。这样不仅可以实现自消纳，还可以余电上网，辅助电力系统进行调峰调频。

　　未来微电网将有很大发展空间

　　近几年，我国陆续出台了多项政策支持微电网行业发展，大力推动微电网工程建设。

　　目前，我国有200余个已经完工的微电网项目，在理论研究、实验室建设和示范工程建设方面都取得了一系列成果。其中，江苏大丰风电淡化海水微电网项目研发并应用了世界首台由大规模风力发电机进行直接供能的孤岛运行控制系统。天津生态城的微电网项目实现了“零能耗”，全年发用电总量保持平衡。

　　与此同时，我国分布式发电装机总量逐年递增，微电网市场增幅较大，预计未来市场规模会持续增加，有很大的发展空间。

　　“目前，在整个电网体系中，微电网起到了承上启下的作用，是分布式电源与电网结合的有效方式，同时也是解决部分地区独立供电的重要途径。”冀浩然表示，微电网具备智能配电网的雏形，通过建设微电网，可以简化配电网的优化调度过程，实现系统局部层面的能量优化，大大提高分布式电源的渗透率。微电网还具备独立运行模式，在大电网故障时也能够继续向重要负荷供电，提供更加安全可靠的电力供应。

　　微电网技术就是为了解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网运行时的主要问题。对于新能源建设，微电网可以大大提高新能源利用率，为光伏、风电等新能源的发展提供应用平台，提高电力系统对新能源的消纳和控制能力，减小可再生能源波动的影响，有利于可再生能源的优化利用和电网的削峰填谷，促进清洁高效的新能源发挥产业优势，扩大市场规模，推动能源结构转型，加速实现“双碳”目标。