微電網(wǎng)：智能電網(wǎng)建設(shè)新動向 多項難題待解決！

近日，京城北京遭遇61年一遇的罕見特大暴雨引發(fā)洪澇災害，暴雨肆虐之后，人員傷亡及財產(chǎn)損失異常嚴重，道路交通幾近癱瘓，電力設(shè)施多出被毀，大片居民生產(chǎn)生活停電缺水，災害過后滿目瘡痍。在抗災救災過程中，由于電力設(shè)施遭到損毀，許多救援的設(shè)備無法投入使用，脆弱的大電網(wǎng)穩(wěn)定性備受質(zhì)疑。

與此同時，隨著我國海南省三沙市的設(shè)立，該市的各項籌備工作陸續(xù)取得進展，而在該市所管轄的南海海域眾多中小島嶼中，由于無法由國家大電網(wǎng)進行供電，因此，在這些島嶼上發(fā)展微電網(wǎng)將成為解決島上用電困難的重要途徑。

智能電網(wǎng)的高效補充

微電網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。

微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的有機組成部分，是對智能電網(wǎng)的有力補充。目前，世界上通行的微電網(wǎng)發(fā)電主要依靠太陽能光伏發(fā)電、風能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、燃料電池發(fā)電及地熱、潮汐能、波浪能、溫差能和鹽鹽能發(fā)電等。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國微電網(wǎng)行業(yè)深度調(diào)研與可行性分析報告(2012版)》分析指出，與傳統(tǒng)集中式能源系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)具有許多優(yōu)勢，如微電網(wǎng)接近負荷，線損顯著減少，建設(shè)投資和運行費用較省;分布式能源具備發(fā)電、供熱、制冷等多種服務功能，可實現(xiàn)更高的能源綜合利用效率;發(fā)展微電網(wǎng)有利于各類可再生能源(太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等)的利用，減少了排放總量、征地、電力線路走廊用地和高壓輸電線的電磁污染，緩解了環(huán)保壓力;微電網(wǎng)可以解決部分調(diào)峰和備用問題，做到與季節(jié)性和地域性的電力需求變化相適應，使得電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性達到最佳平衡;微電網(wǎng)可以提高供電可靠性、供電質(zhì)量和電網(wǎng)的安全性;發(fā)展微電網(wǎng)技術(shù)可形成和諧多元化的電網(wǎng)格局。

值得注意的是，微電網(wǎng)的最大優(yōu)勢是提高了電力系統(tǒng)面臨突發(fā)災難時的抗災能力。大電網(wǎng)中超大型電站與微電網(wǎng)中分散微型電站的結(jié)合，可以減少電力輸送距離、降低輸電線路的投資和電力系統(tǒng)的運營成本，確保電力系統(tǒng)的運行更安全和更經(jīng)濟。

目前，我國微電網(wǎng)主要分為城市片區(qū)微電網(wǎng)和偏遠地區(qū)微電網(wǎng)。

城市片區(qū)微電網(wǎng)一般按照居民小區(qū)、賓館、醫(yī)院、商場及辦公樓等建設(shè)，正常情況下主要通過大電網(wǎng)供電。大電網(wǎng)故障時，將城市片區(qū)微電網(wǎng)斷開，進入孤島運行模式，用以保證所接重要負荷的供電可靠性和電能質(zhì)量。一般接在10kV中壓配網(wǎng)，容量為數(shù)百千瓦至10MW等級。

偏遠地區(qū)微電網(wǎng)主要指農(nóng)村微電網(wǎng)和企業(yè)微電網(wǎng)。目前，在農(nóng)村、草原等偏遠地區(qū)，供電困難，居民無法用電。解決的方案是不延伸電力系統(tǒng)，以較低的成本利用當?shù)乜稍偕茉垂╇?。企業(yè)微電網(wǎng)一般接在10kV及以上中壓配網(wǎng)，容量在數(shù)百千瓦至10MW。企業(yè)微電網(wǎng)一般分布在城市郊區(qū)，如石化、鋼鐵等大型企業(yè)，利用傳統(tǒng)電源滿足企業(yè)內(nèi)部的用電需求。

自從我國開始注重新能源的發(fā)展，促進光伏、風能等新興產(chǎn)業(yè)的政策不斷出臺，“光明計劃”、“金太陽計劃”等各種計劃陸續(xù)施行。無論是新農(nóng)村建設(shè)，還是在城市供電網(wǎng)路中，微型電網(wǎng)正扮演一個越來越重要的角色，并成為中國可持續(xù)發(fā)展中電網(wǎng)的一個重要方向。

目前，我國規(guī)模最大、海拔最高也是我國首座兆瓦級水光互補微電網(wǎng)電站——玉樹州“金太陽”水光互補微電網(wǎng)發(fā)電工程已竣工發(fā)電。該工程太陽板8700多塊，蓄電池8200多塊，該工程利用太陽能發(fā)電后，并入水電網(wǎng)，形成有益的互補。

2011年，在水電出力下降、電煤供應緊張、電源電網(wǎng)結(jié)構(gòu)失調(diào)、跨區(qū)輸電不足、電力需求增長較快等因素綜合作用下，全國共有24省級電網(wǎng)相繼缺電，最大電力缺口超過3000萬千瓦。中電聯(lián)預測，2012年全國電力供需仍然總體偏緊，區(qū)域性、時段性、季節(jié)性缺電仍然較為突出，最大電力缺口達3000萬-4000萬千瓦。

近年來頻發(fā)的“電荒”現(xiàn)象，導致部分省市拉閘限電，企業(yè)遭受嚴重損失，尤其是能耗較大的企業(yè)，遭遇限電措施更加頻繁。為應對“電荒”局勢下的限電措施，許多企業(yè)應自備電源，但企業(yè)采用柴油發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電成本高昂，經(jīng)濟效益大打折扣。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院微電網(wǎng)行業(yè)研究員歐陽凌高指出，在面臨巨大電力缺口的背景下，發(fā)展微電網(wǎng)成為工商企業(yè)提高經(jīng)濟效益的有效途徑。而發(fā)展農(nóng)村微電網(wǎng)不僅是解決無電地區(qū)的可行方案，也是眾多可再生能源豐富的偏遠地區(qū)提高經(jīng)濟效益的有效方案。

東方證券也發(fā)布研究報告稱，電力系統(tǒng)輸電主網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本形成，未來電網(wǎng)建設(shè)投資的重心將轉(zhuǎn)向配、用電環(huán)節(jié)，因此，微電網(wǎng)相關(guān)投資有望在未來成為智能電網(wǎng)投資結(jié)構(gòu)性變化中的新亮點。

普及推廣難題

當前，我國微電網(wǎng)系統(tǒng)還處在研究示范階段，部分項目已成功投運，運行情況良好表明我國微電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)是可行的。微電網(wǎng)的優(yōu)異性，使得其在工商業(yè)區(qū)域、城市片區(qū)及偏遠地區(qū)都存在極大的應用潛力。我國在微電網(wǎng)方面應加大研究力度，加快研究進程，盡快普及微電網(wǎng)系統(tǒng)，助推智能電網(wǎng)的發(fā)展。

2011年7月29日，國家電網(wǎng)公司電力科學研究院承擔的“微電網(wǎng)技術(shù)體系的研究”項目在南京通過國家電網(wǎng)公司驗收，這標志著我國微電網(wǎng)的發(fā)展達到一定階段，但截至目前，我國微電網(wǎng)項目的發(fā)展與推廣仍然存在許多亟待研究和攻克的技術(shù)難題，主要包含新能源發(fā)電技術(shù)、電力電子技術(shù)、儲能技術(shù)和通信技術(shù)等。

從微電網(wǎng)自身的發(fā)展過程來看，微電網(wǎng)的控制、保護和接入標準等，成為促進微電網(wǎng)健康可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題。

首先是微電網(wǎng)的控制問題。

微電網(wǎng)靈活的運行方式與高質(zhì)量的供電服務，離不開完善的穩(wěn)定與控制系統(tǒng)?？刂茊栴}也正是微電網(wǎng)研究中的一個難點問題。其中一個基本的技術(shù)難點在于微電網(wǎng)中的微電源數(shù)目太多，很難要求一個中心控制點對整個系統(tǒng)做出快速反應并進行相應控制，往往一旦系統(tǒng)中某一控制元件故障或軟件出錯，就可能導致整個系統(tǒng)癱瘓。因此，微電網(wǎng)控制應該做到能夠基于本地信息對電網(wǎng)中的事件做出自主反應，例如，對于電壓跌落、故障、停電等，發(fā)電機應當利用本地信息自動轉(zhuǎn)到獨立運行方式，而不是像傳統(tǒng)方式中由電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

具體來講，微電網(wǎng)控制應當保證任何微電源的接入不對系統(tǒng)造成影響，自主選擇運行點，平滑地與電網(wǎng)并列、分離，對有功、無功進行獨立控制，具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。

其次，微電網(wǎng)的保護是關(guān)鍵，也是難點。

微電網(wǎng)具有潮流的雙向流通性，因此，微電網(wǎng)的保護問題與傳統(tǒng)保護有著極大不同，且微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行與獨立運行兩種工況下，短路電流大小不同且差異很大。因此，如何在獨立和并網(wǎng)兩種運行工況下均能對微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出響應以及在并網(wǎng)情況下快速感知大電網(wǎng)故障，同時保證保護的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性，是微電網(wǎng)保護的關(guān)鍵，也是微電網(wǎng)保護的難點。

微電網(wǎng)的接入標準也是人們較為普遍關(guān)注的問題。為保障微電網(wǎng)的可靠并網(wǎng)和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，2012年，中國電力科學院作為主要起草單位，已經(jīng)組織開展微電網(wǎng)接入標準的起草工作。

此外，從發(fā)展微電網(wǎng)的經(jīng)濟性考量，微電網(wǎng)的經(jīng)濟性是微電網(wǎng)吸引用戶并能在電力系統(tǒng)中得以推廣的關(guān)鍵所在。在經(jīng)濟運行方面，微電網(wǎng)雖然可以從大電網(wǎng)的調(diào)度原則、電能交易、資源配置原則等方面借鑒眾多經(jīng)驗，但微電網(wǎng)本身的許多獨特之處也使得其經(jīng)濟運行問題帶有自身特點。隨著微電網(wǎng)研究的深入與成熟，微電網(wǎng)經(jīng)濟效益的不確定性必將成為阻礙其發(fā)展的重要因素。

同時，大規(guī)模可再生能源發(fā)電尤其是風電與光伏發(fā)電，始終存在并網(wǎng)難題。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示，截至2011年底太陽能發(fā)電累計并網(wǎng)規(guī)模為2140MW，并網(wǎng)率為74%;風電累計并網(wǎng)規(guī)模為45000MW，并網(wǎng)率為72%。在國家政策支持下，前幾年新能源發(fā)電電力并網(wǎng)率逐步提高，但受大電網(wǎng)消納能力的制約，目前仍有大量的新能源電力無法并網(wǎng)，從而降低了新能源發(fā)電的經(jīng)濟效益。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院微電網(wǎng)行業(yè)研究員歐陽凌高強調(diào)，微電網(wǎng)作為未來智能電網(wǎng)發(fā)展的重要一環(huán)，其形成與發(fā)展絕不是對傳統(tǒng)集中式、大規(guī)模電網(wǎng)的革命與挑戰(zhàn)，而是實現(xiàn)未來智能電網(wǎng)實現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電的一個重要手段，是對大電網(wǎng)的有益補充，更是實現(xiàn)“十二五”智能電網(wǎng)規(guī)劃的重要而不可或缺的一環(huán)。

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