建設新能源微網加速能源綠色轉型

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——訪全球能源互聯網發展合作組織高級工程師楊成、薛浩巖

中國能源新聞網記者 王睿佳

隨著可再生能源裝機的快速增加，其帶來的并網難、消納難、長距離傳輸能效低、損耗大、設備利用率低、系統增容投資邊際效率差等挑戰越來越大。為了實現風、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，提高能源綜合利用效率，構建新型電力系統，新能源微網的作用日益凸顯。那么，什么是新能源微網？其對構建新型電力系統有何重要作用？新能源微網適用于哪些場景？就此，中能傳媒記者采訪了全球能源互聯網發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？其與公共電網有何區別？

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

并網型新能源微網一般與公共電網的配電部分相連，采用“自發用電、余量上網、電網互濟”的運行方式，可與外部電網互為支撐，實現能量雙向交互。新能源微網接入公共電網的接入點稱之為PCC點，以此點作為與公共電網進行功率交換和結算的分界點。當外部電網發生故障時，通過先進控制技術和控制策略，并網型新能源微網可以切換為孤島運行模式，繼續為微網內部重要負荷供能。

孤島型新能源微網通常與公共電網斷聯，不能與外部電網進行能量交互，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，并優化新能源利用，此類型微網適用于為海島及偏遠地區用戶供能。

中能傳媒：新能源微網在構建新型電力系統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“源網荷儲”一體化的清潔供能系統，其作為大電網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，新能源微電網能夠幫助實現可再生能源的充分利用，改善能源結構，通過可再生能源發電、儲能及用能綜合控制，能夠實現不同能源品類之間的多能協同、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、減少碳排放和環境污染的重要選擇之一，也是構建新型電力系統的重要補充。

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

新能源微電網具有即插即用、擴容方便的特點，不同于公共電網的“適度超前”規劃建設原則，一般按當前需求，當期規劃、當期建設，節約投資，設備利用率高。

中能傳媒：請談談新能源微網都由哪些系統構成？涉及何種前沿技術？

楊成：新能源微網一般由分布式電源、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、微網黑啟動等。在負荷方面，根據不同用電特性，微網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，微網控制系統可以實現分布式電源控制、儲能控制、并離網切換控制、微電網實時控制、微電網能量管理等。

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

一是規劃設計。在對可再生能源和負荷需求情況進行分析預測的基礎上，根據特定的目標和約束條件，確定系統結構及設備配置，實現系統經濟性、環保性及能源利用效率等量化指標最優化。

二是運行優化。新能源微網的運行策略由能量管理系統根據分布式電源出力、微網內能源需求、市場信息等數據制定，通過對分布式電源、儲能設備和負荷的靈活調度來實現系統的優化運行。

三是系統保護。新能源微網存在外部和內部兩種故障情況。其中，內部故障在并網和孤島運行模式下，所呈現的故障特性及其相關保護方法存在不同，與微網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開展規劃設計、優化運行和保護控制研究的重要手段之一。由于微網中不同設備及其控制系統之間的時間常數差異較大，相應技術應具備全過程仿真能力，能夠分析微網中微秒級電磁暫態、毫秒級機電暫態、秒級到分鐘級中長期動態和系統穩態運行過程。

中能傳媒：新能源微網有何優勢？能帶來什么樣的收益？

薛浩巖：新能源微網能夠滿足電、熱、冷、氣等多種能源需求，集成分布式電源，能夠實現多種異質能源協同規劃、靈活運行、互補互濟，具有以下優勢和特點：

一是廣泛融合。基于“生產—傳輸—轉換—存儲—消費”全產業鏈一體化的理念，新能源微網可以提供多元化的能源產品，滿足電、熱、冷、氣多能需求，實現產業鏈各利益方廣泛融合。

二是統籌協調。新能源微網以先進技術為依托，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籌協調，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。

三是綠色環保。新能源微網通過整合以新能源為主的分布式電源，能夠降低傳統化石能源消耗，提升新能源消納能力，實現碳減排。

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

中能傳媒：當前，建設新能源微網還存在哪些困難和挑戰？

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

首先，新能源微網相關專業理論和技術基礎還需要持續發展。以精確高效的多能互補及設備控制為例，需要采用先進數學模型實現高精度發電、負荷預測，此類預測需要考慮環境、經濟、系統狀態、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資產和用能效率最優解。

其次，新能源微網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展的重要因素。此外，新能源微網在多類型能源設備之間進行協同和整合方面還需要進一步建立并完善相關專業標準。

中能傳媒：新能源微網適用于哪些場景？您對未來新能源微網的發展前景如何看待？

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

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

責任編輯：于彤彤

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