微電網(wǎng)：為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)發(fā)揮“微”力

文章來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)陳曦通訊員劉曉2022-12-06 10:33

　　建設(shè)微電網(wǎng)，可以有效消納新能源，解決各種分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問(wèn)題。微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)主要是根據(jù)綜合用能、資源分布和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況，確定最優(yōu)的系統(tǒng)建設(shè)方案，滿足用電的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性要求。

　　近日，浙江寧波首個(gè)高山光儲(chǔ)協(xié)同微電網(wǎng)項(xiàng)目正式投運(yùn)。系統(tǒng)投運(yùn)后，會(huì)自發(fā)余電上網(wǎng)。與此同時(shí)，內(nèi)蒙古電力集團(tuán)首個(gè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”微電網(wǎng)示范項(xiàng)目也于近日在額濟(jì)納旗正式開(kāi)工建設(shè)，該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首個(gè)具備獨(dú)立運(yùn)行能力、低短路容量、泛電壓等級(jí)、廣覆蓋范圍的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”新型電力系統(tǒng)項(xiàng)目。

　　黨的二十大報(bào)告提出，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系。隨著我國(guó)微電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，微電網(wǎng)可否改寫(xiě)我國(guó)電網(wǎng)格局，在我國(guó)能源革命進(jìn)程中發(fā)揮巨大“微”力？

　　麻雀雖小五臟俱全的微電網(wǎng)

　　“微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能、能量轉(zhuǎn)換裝置，以及負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等匯集而成的小型電力系統(tǒng)。”天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院副教授冀浩然介紹，微電網(wǎng)“麻雀雖小、五臟俱全”，它是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的自治系統(tǒng)，具備完整的發(fā)電、配電和用電功能，能夠有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的能量?jī)?yōu)化。

　　之所以稱之為微電網(wǎng)，是相較傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言。那么，為何在大電網(wǎng)建設(shè)十分成熟的當(dāng)下，要進(jìn)行微電網(wǎng)建設(shè)呢？

　　當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)是我國(guó)能源發(fā)展新階段的主要目標(biāo)。在能源需求與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，國(guó)內(nèi)外都將目光投向了各種可再生能源的分布式發(fā)電相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

　　但光伏、風(fēng)機(jī)等分布式電源具有較強(qiáng)的間歇性和隨機(jī)性，受環(huán)境影響較大，這些電源難以依靠自身的調(diào)節(jié)能力來(lái)滿足功率平衡的要求?，F(xiàn)有研究表明，將分布式電源以微電網(wǎng)的形式接入到電網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式電源效能的有效方式。

　　“建設(shè)微電網(wǎng)，可以有效消納新能源，解決各種分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問(wèn)題。”冀浩然說(shuō)，“按照是否與大電網(wǎng)連接，微電網(wǎng)可分為聯(lián)網(wǎng)型微電網(wǎng)和獨(dú)立型微電網(wǎng)。”

　　聯(lián)網(wǎng)型微電網(wǎng)一般情況下并網(wǎng)運(yùn)行，依靠大電網(wǎng)穩(wěn)定電壓和頻率，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換。在大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微電網(wǎng)又可切換為獨(dú)立運(yùn)行模式，保證對(duì)重要負(fù)荷的供電。獨(dú)立型微電網(wǎng)不與大電網(wǎng)相連，僅依靠自身的分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)為負(fù)荷供電，通常需要利用內(nèi)部的柴油發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)等穩(wěn)定電壓和頻率。

　　微電網(wǎng)不是大電網(wǎng)的“迷你版”

　　雖然都叫電網(wǎng)，但是微電網(wǎng)可不是傳統(tǒng)大電網(wǎng)的“迷你版”。

　　“微電網(wǎng)在功能、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式上與傳統(tǒng)電網(wǎng)存在較大區(qū)別。”冀浩然解釋，微電網(wǎng)主要是以分布式電源為主、利用儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)滿足負(fù)荷需求。因此，一般情況下微電網(wǎng)的容量較小，電源較為分散且靠近負(fù)荷，可以實(shí)現(xiàn)分布式能源的就地消化、就地平衡，同時(shí)也可以和大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，互為輔助。

　　微電網(wǎng)可以有多種結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性，可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特點(diǎn)和資源分布，充分利用各種類型的分布式能源，建設(shè)獨(dú)特的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，滿足一些特殊用戶的供電需求。

　　此外，微電網(wǎng)支持獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行，在大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)可以迅速切斷與大電網(wǎng)的電氣聯(lián)系，依靠自身能力繼續(xù)向重要負(fù)荷供電。

　　“由于微電網(wǎng)具有較為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性和能量管理問(wèn)題，未來(lái)微電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)核心在于規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制、能量管理以及仿真分析。”冀浩然解釋，微電網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)往往需要考慮運(yùn)行控制策略的影響，因?yàn)閮烧呔哂懈叨鹊鸟詈闲浴?/div>

　　微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)主要是根據(jù)綜合用能、資源分布和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況，確定最優(yōu)的系統(tǒng)建設(shè)方案，滿足用電的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性要求。通過(guò)微電網(wǎng)的保護(hù)控制，可以迅速識(shí)別系統(tǒng)故障，協(xié)調(diào)各種類型的分布式電源，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　微電網(wǎng)的能量管理則是從更高層次實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各裝置的管理和控制，與傳統(tǒng)電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)不同的是，工程技術(shù)人員需要通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及外部信息的及時(shí)交互，制定合理的微電網(wǎng)運(yùn)行方案。在微電網(wǎng)實(shí)際工程實(shí)施之前，一般需要進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)仿真測(cè)試工作。因此，提高仿真分析的精度和速度，可以更加真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際裝置的運(yùn)行特性，為微電網(wǎng)建設(shè)提供良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

　　邊遠(yuǎn)地區(qū)用電不再是難題

　　隨著微電網(wǎng)的出現(xiàn)，邊遠(yuǎn)地區(qū)、海島等地方的用電不再是難題。

　　邊遠(yuǎn)地區(qū)一般土地面積大、人口規(guī)模小，而且遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，交通不便，采用傳統(tǒng)的配網(wǎng)形式往往成本較高，不利于持續(xù)發(fā)展。但是邊遠(yuǎn)地區(qū)的可再生能源豐富，功率需求小，具備建設(shè)微電網(wǎng)的有利條件。

　　我國(guó)海島數(shù)量眾多，人口居住量少，總體用電量不大，與大電網(wǎng)連接需要遠(yuǎn)距離架設(shè)輸電網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于遠(yuǎn)離大陸的島嶼還需要鋪設(shè)海底電纜，投資和維護(hù)成本巨大。建設(shè)海島微電網(wǎng)可以充分利用海島地區(qū)豐富的風(fēng)能、光能等資源，是解決離網(wǎng)型海島用電問(wèn)題的有效途徑。

　　“其實(shí)微電網(wǎng)在部分城市地區(qū)也非常適用。”冀浩然解釋，城市地區(qū)的人口規(guī)模大，用電需求高，電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻是十分突出的問(wèn)題，在自家屋頂安裝光伏組件，再加上儲(chǔ)能裝置，就可以搭建一套用戶級(jí)的微電網(wǎng)系統(tǒng)。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)自消納，還可以余電上網(wǎng)，輔助電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻。

　　未來(lái)微電網(wǎng)將有很大發(fā)展空間

　　近幾年，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策支持微電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展，大力推動(dòng)微電網(wǎng)工程建設(shè)。

　　目前，我國(guó)有200余個(gè)已經(jīng)完工的微電網(wǎng)項(xiàng)目，在理論研究、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和示范工程建設(shè)方面都取得了一系列成果。其中，江蘇大豐風(fēng)電淡化海水微電網(wǎng)項(xiàng)目研發(fā)并應(yīng)用了世界首臺(tái)由大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行直接供能的孤島運(yùn)行控制系統(tǒng)。天津生態(tài)城的微電網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了“零能耗”，全年發(fā)用電總量保持平衡。

　　與此同時(shí)，我國(guó)分布式發(fā)電裝機(jī)總量逐年遞增，微電網(wǎng)市場(chǎng)增幅較大，預(yù)計(jì)未來(lái)市場(chǎng)規(guī)模會(huì)持續(xù)增加，有很大的發(fā)展空間。

　　“目前，在整個(gè)電網(wǎng)體系中，微電網(wǎng)起到了承上啟下的作用，是分布式電源與電網(wǎng)結(jié)合的有效方式，同時(shí)也是解決部分地區(qū)獨(dú)立供電的重要途徑。”冀浩然表示，微電網(wǎng)具備智能配電網(wǎng)的雛形，通過(guò)建設(shè)微電網(wǎng)，可以簡(jiǎn)化配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度過(guò)程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)局部層面的能量?jī)?yōu)化，大大提高分布式電源的滲透率。微電網(wǎng)還具備獨(dú)立運(yùn)行模式，在大電網(wǎng)故障時(shí)也能夠繼續(xù)向重要負(fù)荷供電，提供更加安全可靠的電力供應(yīng)。

　　微電網(wǎng)技術(shù)就是為了解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問(wèn)題。對(duì)于新能源建設(shè)，微電網(wǎng)可以大大提高新能源利用率，為光伏、風(fēng)電等新能源的發(fā)展提供應(yīng)用平臺(tái)，提高電力系統(tǒng)對(duì)新能源的消納和控制能力，減小可再生能源波動(dòng)的影響，有利于可再生能源的優(yōu)化利用和電網(wǎng)的削峰填谷，促進(jìn)清潔高效的新能源發(fā)揮產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，加速實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

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