微電網(wǎng)在全球能源轉(zhuǎn)型中的重要作用

作者:Kaitlyn Bunker 發(fā)布時(shí)間:2018-01-30   來(lái)源:中國(guó)電力網(wǎng)

  電力系統(tǒng)是人類(lèi)歷史上規(guī)模最大的系統(tǒng)之一,由各種發(fā)電設(shè)備和輸配電設(shè)施組成,讓我們能夠過(guò)上現(xiàn)代化的生活。在這些設(shè)備和廣闊的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)背后,系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商確保著我們每一秒的用電需求都得到滿足。在當(dāng)今世界,無(wú)論國(guó)家大小,穩(wěn)定的電力供應(yīng)都是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘I畹淖罨颈U?。雖然暫時(shí)性的停電對(duì)家庭生活只會(huì)帶來(lái)些許不便,但對(duì)于醫(yī)院和軍事基地等關(guān)鍵設(shè)施而言,斷電很可能會(huì)造成重要服務(wù)或軍事任務(wù)的中斷,繼而危及人類(lèi)生命安全。為本地需求提供電力的小型網(wǎng)絡(luò)——微電網(wǎng),是規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑之一。

  目前在全球有數(shù)以百計(jì)的微電網(wǎng)正在運(yùn)行,并且它們的數(shù)量仍在增長(zhǎng)。在包括并網(wǎng)型和獨(dú)立型系統(tǒng)的各種微電網(wǎng)配置實(shí)踐中,我們可以有機(jī)會(huì)洞察微電網(wǎng)整合高比例波動(dòng)的可再生能源的能力。

  近年來(lái),太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電成本大幅下降,這意味著太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)具備了與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電技術(shù)相當(dāng)?shù)某杀靖?jìng)爭(zhēng)力。這也使得微電網(wǎng)能夠在完成穩(wěn)定電力供應(yīng)這一主要任務(wù)的同時(shí),以經(jīng)濟(jì)可行的方式實(shí)現(xiàn)清潔能源目標(biāo)。

  微電網(wǎng)可以與更大的電網(wǎng)相連接;而在大規(guī)模斷電事故發(fā)生時(shí),微電網(wǎng)可以中斷與主要電網(wǎng)的連接并繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行,保證其服務(wù)區(qū)域內(nèi)家用和商用的電力供應(yīng)??煽啃愿摺⒏呖沙掷m(xù)性以及更低的成本,這些優(yōu)勢(shì)使得并網(wǎng)型微電網(wǎng)采用率不斷提高,同時(shí)也在促進(jìn)獨(dú)立型微電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型,比如島嶼電網(wǎng)。島嶼上的電力系統(tǒng)與大型電力網(wǎng)絡(luò)相隔離,因此無(wú)法依靠大型電網(wǎng)提供供電可靠性和電力質(zhì)量監(jiān)管,而必須時(shí)刻獨(dú)立保證自身電力供應(yīng)。

  加勒比地區(qū)島嶼,包括與克林頓氣候計(jì)劃(CCI)及落基山研究所-碳作戰(zhàn)室(RMI-CWR)的島嶼能源計(jì)劃的合作伙伴,是獨(dú)立型微電網(wǎng)的典型代表。多年來(lái),這些島嶼的傳統(tǒng)電網(wǎng)都依賴(lài)于集中式柴油發(fā)電技術(shù)為居民與商業(yè)供電。但這一情況正在發(fā)生改變?,F(xiàn)如今,許多獨(dú)立型微電網(wǎng)都積極開(kāi)展能源轉(zhuǎn)型,開(kāi)始充分利用電廠級(jí)和分布式可再生能源以及能效技術(shù)。

  島嶼微電網(wǎng)轉(zhuǎn)型

  發(fā)展中的島嶼小國(guó)在2016年巴黎締約國(guó)大會(huì)上展現(xiàn)了鼓舞人心的領(lǐng)導(dǎo)力,并且正在積極落實(shí)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型,充分利用本地的可再生能源。太陽(yáng)能光伏(PV)、風(fēng)力發(fā)電以及儲(chǔ)能技術(shù),能夠幫助獨(dú)立型微電網(wǎng)履行國(guó)際氣候承諾,提高能源獨(dú)立性,降低碳排放。例如,圣盧西亞的第一個(gè)可再生能源電廠項(xiàng)目正在建設(shè)當(dāng)中;待這一規(guī)模3兆瓦(MW)的太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目完工并投入使用,能夠?qū)崿F(xiàn)每年二氧化碳減排4千噸,同時(shí)提供足夠當(dāng)?shù)?千戶(hù)家庭使用的清潔電能。

  隨著微電網(wǎng)中波動(dòng)的可再生能源比例的增加,為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行需要更精密復(fù)雜的控制技術(shù)。以島嶼為例,整個(gè)國(guó)家(及其經(jīng)濟(jì))都依靠于唯一的電網(wǎng)。電網(wǎng)工程師和運(yùn)行人員肩負(fù)著維持獨(dú)立型微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要任務(wù),因?yàn)檫@會(huì)影響到整個(gè)國(guó)家的運(yùn)轉(zhuǎn)。巴巴多斯光電有限公司運(yùn)營(yíng)工程師Charmaine Gill-Evans解釋說(shuō):“對(duì)于島嶼電網(wǎng)而言,大部分經(jīng)濟(jì)部門(mén)需要依靠于穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)來(lái)保證高效的產(chǎn)品生產(chǎn)和及時(shí)的服務(wù)供應(yīng)??稍偕茉淳哂胁▌?dòng)性,其應(yīng)用比例的提高增加了電網(wǎng)管理的復(fù)雜程度,但這一難題并非無(wú)法克服,可以通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究和實(shí)踐得以解決?!?/p>

  共同的的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

  雖然并網(wǎng)型和獨(dú)立型微電網(wǎng)明顯不同(即是否與大型電網(wǎng)連接),但它們也有許多共同點(diǎn)。這些共性使得各類(lèi)微電網(wǎng)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚧ハ嘟梃b,加速各類(lèi)微電網(wǎng)學(xué)習(xí)曲線的上升勢(shì)頭。并網(wǎng)型微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是在正常運(yùn)行時(shí)段可以依靠大型電網(wǎng)作為后備;同時(shí),它們與獨(dú)立型微電網(wǎng)所應(yīng)用的技術(shù)相似,并面臨著類(lèi)似的挑戰(zhàn)——如何保證可靠、可持續(xù)且低成本的電力供應(yīng)。在并網(wǎng)型和獨(dú)立型微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,如何在波動(dòng)性和穩(wěn)定性能源之間保持正確的平衡是一大主要挑戰(zhàn)。此外,另一個(gè)難題是如何在降低成本和建設(shè)大規(guī)模備用能源以保證可靠性之間找到經(jīng)濟(jì)平衡。

  和島嶼電網(wǎng)一樣,傳統(tǒng)的并網(wǎng)型微電網(wǎng)也較大程度依賴(lài)于各種化石燃料發(fā)電技術(shù),尤其是柴油發(fā)電。它們的后備系統(tǒng)也常常以燃?xì)獍l(fā)電、燃料電池和熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)技術(shù)為主。隨著可再生能源技術(shù)成本的穩(wěn)定下降,以及分布式能源(DER)的價(jià)值得到越來(lái)越多的認(rèn)識(shí)、管理與肯定,并網(wǎng)型微電網(wǎng)碳排放強(qiáng)度越來(lái)越低,同時(shí)發(fā)電來(lái)源越來(lái)越豐富。并網(wǎng)型微電網(wǎng)的另一個(gè)難題是需要為兩種主要運(yùn)行模式分別設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。例如,加州大學(xué)圣地亞哥分校微電網(wǎng)就已成功證明了在連接大型電網(wǎng)和與其隔離時(shí)都可正常運(yùn)行。

  各種規(guī)模電網(wǎng)共同的機(jī)遇

  由于獨(dú)立型和并網(wǎng)型微電網(wǎng)具有類(lèi)似的目標(biāo)、技術(shù)與挑戰(zhàn),兩種微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)者與運(yùn)營(yíng)商有機(jī)會(huì)充分交流,互相學(xué)習(xí)最佳實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。考慮到并網(wǎng)型或獨(dú)立型微電網(wǎng)斷電的嚴(yán)重后果,對(duì)微電網(wǎng)構(gòu)架設(shè)計(jì)、發(fā)電來(lái)源選擇、集成及控制必須經(jīng)過(guò)非常仔細(xì)地研究。此外,電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商正在尋求創(chuàng)新而又經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案,并且已開(kāi)始嘗試應(yīng)用新的運(yùn)營(yíng)方式,包括更貼近用戶(hù)的協(xié)調(diào)工作等??紤]到電網(wǎng)擁有者與運(yùn)營(yíng)商必須評(píng)估的多方面問(wèn)題,以及微電網(wǎng)所能提供的種種機(jī)遇,可以預(yù)見(jiàn),微電網(wǎng)能夠在全球電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中起到重要的指引作用。為了加速向成本更低、更可靠、更具可持續(xù)性微電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型,我們有必要積極推進(jìn)解決方案的共享。加勒比電力事業(yè)服務(wù)公司(CARILEC)可再生能源社區(qū)(CAREC)就是這樣一個(gè)供加勒比地區(qū)能源專(zhuān)業(yè)人士互相聯(lián)絡(luò)、合作和共同創(chuàng)新的組織。

  發(fā)達(dá)國(guó)家歷來(lái)有著引領(lǐng)創(chuàng)新、科技進(jìn)步和(電網(wǎng))運(yùn)營(yíng)最佳實(shí)踐的傳統(tǒng)。但在發(fā)展微電網(wǎng)的過(guò)程中,島嶼國(guó)家尤其能夠引領(lǐng)能源轉(zhuǎn)型并分享經(jīng)驗(yàn)。在意識(shí)到安全穩(wěn)定的電力供應(yīng)是電網(wǎng)健康和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ),以及對(duì)外部的能源依賴(lài)的種種弊端后,各島嶼國(guó)家政府和電力公司如今正要抓緊這一難得的機(jī)遇發(fā)展和優(yōu)化可再生能源微電網(wǎng)系統(tǒng)。

  作者Siana Teelucksingh,克林頓氣候行動(dòng)島嶼能源計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)理。

  RMI-CWR的島嶼能源計(jì)劃得到了全球環(huán)境基金與聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署的大力支持。同時(shí)CCI的工作得到了挪威政府援助基金的支持。

作者:Kaitlyn Bunker,落基山研究所項(xiàng)目總監(jiān);Siana Teelucksin,克林頓氣候行動(dòng)島嶼能源計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)理

      關(guān)鍵詞: 微電網(wǎng),能源轉(zhuǎn)型