建設新能源微網(wǎng)加速能源綠色轉型

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——訪全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織高級工程師楊成、薛浩巖

中國能源新聞網(wǎng)記者 王睿佳

隨著可再生能源裝機的快速增加，其帶來的并網(wǎng)難、消納難、長距離傳輸能效低、損耗大、設備利用率低、系統(tǒng)增容投資邊際效率差等挑戰(zhàn)越來越大。為了實現(xiàn)風、光、生物質等多種可再生能源的充分消納，構建智慧型能源綜合利用局域網(wǎng)，提高能源綜合利用效率，構建新型電力系統(tǒng)，新能源微網(wǎng)的作用日益凸顯。那么，什么是新能源微網(wǎng)？其對構建新型電力系統(tǒng)有何重要作用？新能源微網(wǎng)適用于哪些場景？就此，中能傳媒記者采訪了全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織高級工程師楊成、薛浩巖。

中能傳媒：請問什么是新能源微網(wǎng)？其與公共電網(wǎng)有何區(qū)別？

楊成：新能源微網(wǎng)是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的具體方式之一，主要由清潔供能設備、能源網(wǎng)絡、能源轉換和儲能設備耦合組成，可以對區(qū)域內電、熱、冷、氣等多類型能源進行高效集成與多能互補，實現(xiàn)對多種能源的轉換、傳輸、存儲、分配及利用。根據(jù)系統(tǒng)運行方式，新能源微網(wǎng)可以分為并網(wǎng)型和孤島型兩種。

并網(wǎng)型新能源微網(wǎng)一般與公共電網(wǎng)的配電部分相連，采用“自發(fā)用電、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)互濟”的運行方式，可與外部電網(wǎng)互為支撐，實現(xiàn)能量雙向交互。新能源微網(wǎng)接入公共電網(wǎng)的接入點稱之為PCC點，以此點作為與公共電網(wǎng)進行功率交換和結算的分界點。當外部電網(wǎng)發(fā)生故障時，通過先進控制技術和控制策略，并網(wǎng)型新能源微網(wǎng)可以切換為孤島運行模式，繼續(xù)為微網(wǎng)內部重要負荷供能。

孤島型新能源微網(wǎng)通常與公共電網(wǎng)斷聯(lián)，不能與外部電網(wǎng)進行能量交互，因此，其內部分布式新能源多配置儲能設備，以保持“源荷”之間的功率平衡，并優(yōu)化新能源利用，此類型微網(wǎng)適用于為海島及偏遠地區(qū)用戶供能。

中能傳媒：新能源微網(wǎng)在構建新型電力系統(tǒng)過程中扮演著怎樣的角色？有何重要作用？

薛浩巖：新能源微網(wǎng)近用戶側建設，集成風、光等多類型清潔可再生能源，耦合多種分布式能源設備，是“源網(wǎng)荷儲”一體化的清潔供能系統(tǒng)，其作為大電網(wǎng)在末端的進一步延伸，運行特性相對獨立，具備接納較高比例新能源的能力。因此，新能源微電網(wǎng)能夠幫助實現(xiàn)可再生能源的充分利用，改善能源結構，通過可再生能源發(fā)電、儲能及用能綜合控制，能夠實現(xiàn)不同能源品類之間的多能協(xié)同、互補互濟和梯級利用，是充分消納可再生能源、提高可再生能源在能源總消耗中的占比、降低化石能源消耗、提高能源安全、減少碳排放和環(huán)境污染的重要選擇之一，也是構建新型電力系統(tǒng)的重要補充。

同時，新能源微網(wǎng)能夠提高設備利用率，通過內部調節(jié)實現(xiàn)與公共電網(wǎng)能量交換可調可控，是公共電網(wǎng)的可調度負荷。新能源微電網(wǎng)響應公共電網(wǎng)調控，輔助平滑負荷曲線，降低電網(wǎng)設備備用容量，提高設備利用率，延緩電網(wǎng)增容投資。

新能源微電網(wǎng)具有即插即用、擴容方便的特點，不同于公共電網(wǎng)的“適度超前”規(guī)劃建設原則，一般按當前需求，當期規(guī)劃、當期建設，節(jié)約投資，設備利用率高。

中能傳媒：請談談新能源微網(wǎng)都由哪些系統(tǒng)構成？涉及何種前沿技術？

楊成：新能源微網(wǎng)一般由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷和控制系統(tǒng)構成。分布式電源是以新能源為主的多種能源形式，如光伏、風電、水電、地熱能、燃料電池、電動汽車電池等；也可以是以電、熱、冷、氣聯(lián)產形式存在，就地向用戶供能，提高分布式電源利用效率和靈活性。儲能裝置可采用多種技術方式，包括物理儲能、電化學儲能、電磁儲能等，主要用于分布式電源的能量存儲、負荷削峰填谷、微網(wǎng)黑啟動等。在負荷方面，根據(jù)不同用電特性，微網(wǎng)中的負荷可分為重要負荷、可轉移負荷、電動汽車充電負荷、可中斷負荷和其他負荷。另外，微網(wǎng)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)分布式電源控制、儲能控制、并離網(wǎng)切換控制、微電網(wǎng)實時控制、微電網(wǎng)能量管理等。

總體而言，新能源微網(wǎng)中的分布式電源多樣性及微網(wǎng)運行方式復雜性使得微網(wǎng)有別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，關鍵技術涉及以下四個方面：

一是規(guī)劃設計。在對可再生能源和負荷需求情況進行分析預測的基礎上，根據(jù)特定的目標和約束條件，確定系統(tǒng)結構及設備配置，實現(xiàn)系統(tǒng)經濟性、環(huán)保性及能源利用效率等量化指標最優(yōu)化。

二是運行優(yōu)化。新能源微網(wǎng)的運行策略由能量管理系統(tǒng)根據(jù)分布式電源出力、微網(wǎng)內能源需求、市場信息等數(shù)據(jù)制定，通過對分布式電源、儲能設備和負荷的靈活調度來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。

三是系統(tǒng)保護。新能源微網(wǎng)存在外部和內部兩種故障情況。其中，內部故障在并網(wǎng)和孤島運行模式下，所呈現(xiàn)的故障特性及其相關保護方法存在不同，與微網(wǎng)內分布式電源的控制方式緊密相關。

四是仿真分析。計算機仿真是對新能源微網(wǎng)開展規(guī)劃設計、優(yōu)化運行和保護控制研究的重要手段之一。由于微網(wǎng)中不同設備及其控制系統(tǒng)之間的時間常數(shù)差異較大，相應技術應具備全過程仿真能力，能夠分析微網(wǎng)中微秒級電磁暫態(tài)、毫秒級機電暫態(tài)、秒級到分鐘級中長期動態(tài)和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行過程。

中能傳媒：新能源微網(wǎng)有何優(yōu)勢？能帶來什么樣的收益？

薛浩巖：新能源微網(wǎng)能夠滿足電、熱、冷、氣等多種能源需求，集成分布式電源，能夠實現(xiàn)多種異質能源協(xié)同規(guī)劃、靈活運行、互補互濟，具有以下優(yōu)勢和特點：

一是廣泛融合?；凇吧a—傳輸—轉換—存儲—消費”全產業(yè)鏈一體化的理念，新能源微網(wǎng)可以提供多元化的能源產品，滿足電、熱、冷、氣多能需求，實現(xiàn)產業(yè)鏈各利益方廣泛融合。

二是統(tǒng)籌協(xié)調。新能源微網(wǎng)以先進技術為依托，著力于能源生產、多能轉換、傳輸調配、能源消費全過程，通過多類型能源之間統(tǒng)籌協(xié)調，保障安全和可靠的能源供應，滿足各利益相關方的用能需求。

三是綠色環(huán)保。新能源微網(wǎng)通過整合以新能源為主的分布式電源，能夠降低傳統(tǒng)化石能源消耗，提升新能源消納能力，實現(xiàn)碳減排。

四是經濟高效。新能源微網(wǎng)通過若干子系統(tǒng)之間的互補互濟，提升了系統(tǒng)整體靈活性，能夠在技術和經濟性之間達到最優(yōu)平衡狀態(tài)，降低運營成本，提升資產及投資利用率。

中能傳媒：當前，建設新能源微網(wǎng)還存在哪些困難和挑戰(zhàn)？

薛浩巖：新能源微網(wǎng)在短期內的發(fā)展也存在一定困難和挑戰(zhàn)，以內因和外因為主。從內因來看，限制來自新能源微網(wǎng)的自身技術和底層設備功能。從外因來看，與新能源微網(wǎng)相配套的電力系統(tǒng)政策存在一定的滯后性。

首先，新能源微網(wǎng)相關專業(yè)理論和技術基礎還需要持續(xù)發(fā)展。以精確高效的多能互補及設備控制為例，需要采用先進數(shù)學模型實現(xiàn)高精度發(fā)電、負荷預測，此類預測需要考慮環(huán)境、經濟、系統(tǒng)狀態(tài)、歷史工況、運行目標等多重復雜因素，以此為基礎提出新能源微網(wǎng)資產和用能效率最優(yōu)解。

其次，新能源微網(wǎng)內部分布式電源及其儲能設備的可行性和經濟性也是制約其快速發(fā)展的重要因素。此外，新能源微網(wǎng)在多類型能源設備之間進行協(xié)同和整合方面還需要進一步建立并完善相關專業(yè)標準。

中能傳媒：新能源微網(wǎng)適用于哪些場景？您對未來新能源微網(wǎng)的發(fā)展前景如何看待？

楊成：根據(jù)新能源微電網(wǎng)的特點，其應用場景一般可以分為海島新能源微網(wǎng)、城市新能源微網(wǎng)和農村新能源微網(wǎng)。

海島新能源微網(wǎng)通常與大電網(wǎng)斷聯(lián)，可因地制宜利用當?shù)刈匀毁Y源，多種能源可在不同季節(jié)、不同時段協(xié)同運行、互補互濟，滿足離岸海島居民生活和工農業(yè)用能需求。城市新能源微網(wǎng)主要用于滿足居民社區(qū)、智能樓宇、工業(yè)及產業(yè)園等用戶的多種用能需求，運行方式可在并網(wǎng)和孤島模式之間靈活切換，當大電網(wǎng)故障時，微網(wǎng)運行在孤島模式，以保障區(qū)內重要用戶用能需求；當并網(wǎng)運行時，微網(wǎng)可通過需求側響應等方式獲得額外經濟效益。農村新能源微網(wǎng)通常用于滿足農村地區(qū)能源需求，除采用風、光等清潔能源，根據(jù)農村地區(qū)實際情況，系統(tǒng)可以耦合秸稈、沼氣等生物質能源，服務農村居民社區(qū)、農村產業(yè)園等用戶用能需求，有效提高農村地區(qū)資源利用率。

責任編輯：于彤彤

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