電力系統(tǒng)是人類歷史上規(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)運營商確保著我們每一秒的用電需求都得到滿足。在當今世界，無論國家大小，穩(wěn)定的電力供應都是經(jīng)濟發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ畹淖罨颈Ｕ?。雖然暫時性的停電對家庭生活只會帶來些許不便，但對于醫(yī)院和軍事基地等關(guān)鍵設(shè)施而言，斷電很可能會造成重要服務(wù)或軍事任務(wù)的中斷，繼而危及人類生命安全。為本地需求提供電力的小型網(wǎng)絡(luò)——微電網(wǎng)，是規(guī)避這一風險的有效途徑之一。
目前在全球有數(shù)以百計的微電網(wǎng)正在運行，并且它們的數(shù)量仍在增長。在包括并網(wǎng)型和獨立型系統(tǒng)的各種微電網(wǎng)配置實踐中，我們可以有機會洞察微電網(wǎng)整合高比例波動的可再生能源的能力。
近年來，太陽能和風能發(fā)電成本大幅下降，這意味著太陽能和風能發(fā)電已經(jīng)具備了與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電技術(shù)相當?shù)某杀靖偁幜Α＿@也使得微電網(wǎng)能夠在完成穩(wěn)定電力供應這一主要任務(wù)的同時，以經(jīng)濟可行的方式實現(xiàn)清潔能源目標。
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，微電網(wǎng)可以中斷與主要電網(wǎng)的連接并繼續(xù)獨立運行，保證其服務(wù)區(qū)域內(nèi)家用和商用的電力供應?？煽啃愿?、更具可持續(xù)性以及更低的成本，這些優(yōu)勢使得并網(wǎng)型微電網(wǎng)采用率不斷提高，同時也在促進獨立型微電網(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，而必須時刻獨立保證自身電力供應。
加勒比地區(qū)島嶼，包括與克林頓氣候計劃(CCI)及落基山研究所-碳作戰(zhàn)室（RMI-CWR）的島嶼能源計劃的合作伙伴，是獨立型微電網(wǎng)的典型代表。多年來，這些島嶼的傳統(tǒng)電網(wǎng)都依賴于集中式柴油發(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。現(xiàn)如今，許多獨立型微電網(wǎng)都積極開展能源轉(zhuǎn)型，開始充分利用電廠級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)展中的島嶼小國在2016年巴黎締約國大會上展現(xiàn)了鼓舞人心的領(lǐng)導力，并且正在積極落實電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，充分利用本地的可再生能源。太陽能光伏（PV）、風力發(fā)電以及儲能技術(shù)，能夠幫助獨立型微電網(wǎng)履行國際氣候承諾，提高能源獨立性，降低碳排放。例如，圣盧西亞的第一個可再生能源電廠項目正在建設(shè)當中；待這一規(guī)模3兆瓦（MW）的太陽能光伏項目完工并投入使用，能夠?qū)崿F(xiàn)每年二氧化碳減排4千噸，同時提供足夠當?shù)?千戶家庭使用的清潔電能。
隨著微電網(wǎng)中波動的可再生能源比例的增加，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行需要更精密復雜的控制技術(shù)。以島嶼為例，整個國家（及其經(jīng)濟）都依靠于唯一的電網(wǎng)。電網(wǎng)工程師和運行人員肩負著維持獨立型微電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要任務(wù)，因為這會影響到整個國家的運轉(zhuǎn)。巴巴多斯光電有限公司運營工程師Charmaine Gill-Evans解釋說：“對于島嶼電網(wǎng)而言，大部分經(jīng)濟部門需要依靠于穩(wěn)定可靠的電力供應來保證高效的產(chǎn)品生產(chǎn)和及時的服務(wù)供應。可再生能源具有波動性，其應用比例的提高增加了電網(wǎng)管理的復雜程度，但這一難題并非無法克服，可以通過嚴謹細致的研究和實踐得以解決?！?/p>
共同的的挑戰(zhàn)與機遇
雖然并網(wǎng)型和獨立型微電網(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。這些共性使得各類微電網(wǎng)的項目經(jīng)驗能夠互相借鑒，加速各類微電網(wǎng)學習曲線的上升勢頭。并網(wǎng)型微電網(wǎng)的優(yōu)勢是在正常運行時段可以依靠大型電網(wǎng)作為后備；同時，它們與獨立型微電網(wǎng)所應用的技術(shù)相似，并面臨著類似的挑戰(zhàn)——如何保證可靠、可持續(xù)且低成本的電力供應。在并網(wǎng)型和獨立型微電網(wǎng)的設(shè)計過程中，如何在波動性和穩(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)也常常以燃氣發(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）的價值得到越來越多的認識、管理與肯定，并網(wǎng)型微電網(wǎng)碳排放強度越來越低，同時發(fā)電來源越來越豐富。并網(wǎng)型微電網(wǎng)的另一個難題是需要為兩種主要運行模式分別設(shè)計控制系統(tǒng)。例如，加州大學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)和與其隔離時都可正常運行。
各種規(guī)模電網(wǎng)共同的機遇
由于獨立型和并網(wǎng)型微電網(wǎng)具有類似的目標、技術(shù)與挑戰(zhàn)，兩種微電網(wǎng)的設(shè)計者與運營商有機會充分交流，互相學習最佳實踐經(jīng)驗?？紤]到并網(wǎng)型或獨立型微電網(wǎng)斷電的嚴重后果，對微電網(wǎng)構(gòu)架設(shè)計、發(fā)電來源選擇、集成及控制必須經(jīng)過非常仔細地研究。此外，電網(wǎng)運營商正在尋求創(chuàng)新而又經(jīng)過驗證的解決方案，并且已開始嘗試應用新的運營方式，包括更貼近用戶的協(xié)調(diào)工作等?？紤]到電網(wǎng)擁有者與運營商必須評估的多方面問題，以及微電網(wǎng)所能提供的種種機遇，可以預見，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）就是這樣一個供加勒比地區(qū)能源專業(yè)人士互相聯(lián)絡(luò)、合作和共同創(chuàng)新的組織。
發(fā)達國家歷來有著引領(lǐng)創(chuàng)新、科技進步和（電網(wǎng)）運營最佳實踐的傳統(tǒng)。但在發(fā)展微電網(wǎng)的過程中，島嶼國家尤其能夠引領(lǐng)能源轉(zhuǎn)型并分享經(jīng)驗。在意識到安全穩(wěn)定的電力供應是電網(wǎng)健康和國家經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)，以及對外部的能源依賴的種種弊端后，各島嶼國家政府和電力公司如今正要抓緊這一難得的機遇發(fā)展和優(yōu)化可再生能源微電網(wǎng)系統(tǒng)。
作者Siana Teelucksingh，克林頓氣候行動島嶼能源計劃項目經(jīng)理。
RMI-CWR的島嶼能源計劃得到了全球環(huán)境基金與聯(lián)合國開發(fā)計劃署的大力支持。同時CCI的工作得到了挪威政府援助基金的支持。
作者：Kaitlyn Bunker，落基山研究所項目總監(jiān)；Siana Teelucksin，克林頓氣候行動島嶼能源計劃項目經(jīng)理
