建設(shè)新能源微網(wǎng) 加速能源綠色轉(zhuǎn)型

隨著可再生能源裝機(jī)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(shè)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(shí)現(xiàn)風(fēng)、光、生物質(zhì)等多種可再生能源的充分消納，構(gòu)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(gòu)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(gòu)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，做了以下的分析。

什么是新能源微網(wǎng)？其與公共電網(wǎng)有何區(qū)別？

新能源微網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的具體方式之一，主要由清潔供能設(shè)備、能源網(wǎng)絡(luò)、能源轉(zhuǎn)換和儲能設(shè)備耦合組成，可以對區(qū)域內(nèi)電、熱、冷、氣等多類型能源進(jìn)行高效集成與多能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)對多種能源的轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲、分配及利用。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)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(jì)”的運(yùn)行方式，可與外部電網(wǎng)互為支撐，實(shí)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(diǎn)稱之為PCC點(diǎn)，以此點(diǎn)作為與公共電網(wǎng)進(jìn)行功率交換和結(jié)算的分界點(diǎn)。當(dāng)外部電網(wǎng)發(fā)生故障時，通過先進(jìn)控制技術(shù)和控制策略，并網(wǎng)型新能源微網(wǎng)可以切換為孤島運(yùn)行模式，繼續(xù)為微網(wǎng)內(nèi)部重要負(fù)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(jìn)行能量交互，因此，其內(nèi)部分布式新能源多配置儲能設(shè)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(yuǎn)地區(qū)用戶供能。

新能源微網(wǎng)在構(gòu)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？

新能源微網(wǎng)近用戶側(cè)建設(shè)，集成風(fēng)、光等多類型清潔可再生能源，耦合多種分布式能源設(shè)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(jìn)一步延伸，運(yùn)行特性相對獨(dú)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(shí)現(xiàn)可再生能源的充分利用，改善能源結(jié)構(gòu)，通過可再生能源發(fā)電、儲能及用能綜合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)不同能源品類之間的多能協(xié)同、互補(bǔ)互濟(jì)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(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。

同時，新能源微網(wǎng)能夠提高設(shè)備利用率，通過內(nèi)部調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)與公共電網(wǎng)能量交換可調(diào)可控，是公共電網(wǎng)的可調(diào)度負(fù)荷。新能源微電網(wǎng)響應(yīng)公共電網(wǎng)調(diào)控，輔助平滑負(fù)荷曲線，降低電網(wǎng)設(shè)備備用容量，提高設(shè)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(kuò)容方便的特點(diǎn)，不同于公共電網(wǎng)的“適度超前”規(guī)劃建設(shè)原則，一般按當(dāng)前需求，當(dāng)期規(guī)劃、當(dāng)期建設(shè)，節(jié)約投資，設(shè)備利用率高。

談?wù)勑履茉次⒕W(wǎng)都由哪些系統(tǒng)構(gòu)成？涉及何種前沿技術(shù)？

新能源微網(wǎng)一般由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷和控制系統(tǒng)構(gòu)成。分布式電源是以新能源為主的多種能源形式，如光伏、風(fēng)電、水電、地?zé)崮?、燃料電池、電動汽車電池等；也可以是以電、熱、冷、氣?lián)產(chǎn)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(shù)方式，包括物理儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能等，主要用于分布式電源的能量存儲、負(fù)荷削峰填谷、微網(wǎng)黑啟動等。在負(fù)荷方面，根據(jù)不同用電特性，微網(wǎng)中的負(fù)荷可分為重要負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、電動汽車充電負(fù)荷、可中斷負(fù)荷和其他負(fù)荷。另外，微網(wǎng)控制系統(tǒng)可以實(shí)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(shí)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(yùn)行方式復(fù)雜性使得微網(wǎng)有別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)涉及以下四個方面：

一是規(guī)劃設(shè)計。在對可再生能源和負(fù)荷需求情況進(jìn)行分析預(yù)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)特定的目標(biāo)和約束條件，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及能源利用效率等量化指標(biāo)最優(yōu)化。

二是運(yùn)行優(yōu)化。新能源微網(wǎng)的運(yùn)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(nèi)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(shè)備和負(fù)荷的靈活調(diào)度來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

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

四是仿真分析。計算機(jī)仿真是對新能源微網(wǎng)開展規(guī)劃設(shè)計、優(yōu)化運(yùn)行和保護(hù)控制研究的重要手段之一。由于微網(wǎng)中不同設(shè)備及其控制系統(tǒng)之間的時間常數(shù)差異較大，相應(yīng)技術(shù)應(yīng)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(jī)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(yùn)行過程。

新能源微網(wǎng)有何優(yōu)勢？能帶來什么樣的收益？

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?qū)崿F(xiàn)多種異質(zhì)能源協(xié)同規(guī)劃、靈活運(yùn)行、互補(bǔ)互濟(jì)，具有以下優(yōu)勢和特點(diǎn)：

一是廣泛融合。基于“生產(chǎn)—傳輸—轉(zhuǎn)換—存儲—消費(fèi)”全產(chǎn)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(chǎn)品，滿足電、熱、冷、氣多能需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈各利益方廣泛融合。

二是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。新能源微網(wǎng)以先進(jìn)技術(shù)為依托，著力于能源生產(chǎn)、多能轉(zhuǎn)換、傳輸調(diào)配、能源消費(fèi)全過程，通過多類型能源之間統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，保障安全和可靠的能源供應(yīng)，滿足各利益相關(guān)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(shí)現(xiàn)碳減排。

四是經(jīng)濟(jì)高效。新能源微網(wǎng)通過若干子系統(tǒng)之間的互補(bǔ)互濟(jì)，提升了系統(tǒng)整體靈活性，能夠在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性之間達(dá)到最優(yōu)平衡狀態(tài)，降低運(yùn)營成本，提升資產(chǎn)及投資利用率。

當(dāng)前，建設(shè)新能源微網(wǎng)還存在哪些困難和挑戰(zhàn)？

新能源微網(wǎng)在短期內(nèi)的發(fā)展也存在一定困難和挑戰(zhàn)，以內(nèi)因和外因為主。從內(nèi)因來看，限制來自新能源微網(wǎng)的自身技術(shù)和底層設(shè)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(guān)專業(yè)理論和技術(shù)基礎(chǔ)還需要持續(xù)發(fā)展。以精確高效的多能互補(bǔ)及設(shè)備控制為例，需要采用先進(jìn)數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)高精度發(fā)電、負(fù)荷預(yù)測，此類預(yù)測需要考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、系統(tǒng)狀態(tài)、歷史工況、運(yùn)行目標(biāo)等多重復(fù)雜因素，以此為基礎(chǔ)提出新能源微網(wǎng)資產(chǎn)和用能效率最優(yōu)解。

其次，新能源微網(wǎng)內(nèi)部分布式電源及其儲能設(shè)備的可行性和經(jīng)濟(jì)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(shè)備之間進(jìn)行協(xié)同和整合方面還需要進(jìn)一步建立并完善相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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

根據(jù)新能源微電網(wǎng)的特點(diǎn)，其應(yīng)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(nóng)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(dāng)?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(yùn)行、互補(bǔ)互濟(jì)，滿足離岸海島居民生活和工農(nóng)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(chǎn)業(yè)園等用戶的多種用能需求，運(yùn)行方式可在并網(wǎng)和孤島模式之間靈活切換，當(dāng)大電網(wǎng)故障時，微網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式，以保障區(qū)內(nèi)重要用戶用能需求；當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時，微網(wǎng)可通過需求側(cè)響應(yīng)等方式獲得額外經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)村新能源微網(wǎng)通常用于滿足農(nóng)村地區(qū)能源需求，除采用風(fēng)、光等清潔能源，根據(jù)農(nóng)村地區(qū)實(shí)際情況，系統(tǒng)可以耦合秸稈、沼氣等生物質(zhì)能源，服務(wù)農(nóng)村居民社區(qū)、農(nóng)村產(chǎn)業(yè)園等用戶用能需求，有效提高農(nóng)村地區(qū)資源利用率。

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