微電網(wǎng)是由多種分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷以及監(jiān)控保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的獨(dú)立自治系統(tǒng)。
憑借運(yùn)行控制和能量管理等關(guān)鍵技術(shù)，微電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)其并網(wǎng)或孤島運(yùn)行、降低間歇性分布式電源給配電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響，最大限度地利用分布式電源出力，提高供電可靠性和電能質(zhì)量。將分布式電源以微電網(wǎng)的形式接入配電網(wǎng)，被普遍認(rèn)為是利用分布式電源有效的方式之一。微電網(wǎng)作為配電網(wǎng)和分布式電源的紐帶，使得配電網(wǎng)不必直接面對(duì)種類不同、歸屬不同、數(shù)量龐大、分散接入的（甚至是間歇性的）分布式電源。國(guó)際電工委員會(huì)（iec）在《2010—2030 應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn)白皮書(shū)》中明確將微電網(wǎng)技術(shù)列為未來(lái)能源鏈的關(guān)鍵技術(shù)之一。
示范工程是微電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及研究成果的集中驗(yàn)證和展示，對(duì)微電網(wǎng)的研究和應(yīng)用均具有重要意義。目前全球規(guī)劃、在建及投入運(yùn)行的微電網(wǎng)示范工程超過(guò)400個(gè)，分布在北美、歐洲、東亞、拉美、非洲等地區(qū)。本文特對(duì)主要國(guó)家和地區(qū)的微電網(wǎng)示范工程進(jìn)行介紹。
美國(guó)
美國(guó)在世界微電網(wǎng)的研究和實(shí)踐中居于領(lǐng)先地位，擁有全球最多的微電網(wǎng)示范工程，數(shù)量超過(guò) 200 個(gè)，占全球微電網(wǎng)數(shù)量的 50% 左右。美國(guó)微電網(wǎng)示范工程地域分布廣泛、投資主體多元、結(jié)構(gòu)組成多樣、應(yīng)用場(chǎng)景豐富，主要用于集成可再生分布式能源、提高供電可靠性及作為一個(gè)可控單元為電網(wǎng)提供支持服務(wù)。
美國(guó)能源部對(duì)推進(jìn)美國(guó)微電網(wǎng)的研究和發(fā)展起到了重要作用，其資助的微電網(wǎng)示范工程亦具有重要的典型意義。美國(guó)能源部于 2009 年啟動(dòng)了可再生能源與分布式系統(tǒng)集成項(xiàng)目（renewable anddistributed systems integration，rdsi），于 5 年內(nèi)投資 5500 萬(wàn)美元在 8 個(gè)州建設(shè) 9 個(gè)微電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目，旨在通過(guò)集成分布式能源降低電力系統(tǒng)的峰值負(fù)荷。該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部的分布式能源進(jìn)行集成管理，至少能夠降低 15% 的配電饋線或變電站峰值負(fù)荷，從而減少大約 25% 的配電設(shè)備容量和 10% 的發(fā)電設(shè)備容量。
除了民用領(lǐng)域，美國(guó)的微電網(wǎng)示范工程還拓展到了軍用領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)防部與能源部、國(guó)土安全部合作，從 2011 年開(kāi)始，總計(jì)投入 3850 萬(wàn)美元開(kāi)展“蜘蛛”示范工程——面向能源、可靠性和安全性的智能電力設(shè)施示范工程（smart power infrastructure demonstration for energy， reliability andsecurity，spiders），在 3 個(gè)美軍基地（珍珠港—西肯聯(lián)合基地、卡森堡基地和史密斯基地）分別建設(shè)3個(gè)微電網(wǎng)示范工程，以支持基地的關(guān)鍵負(fù)荷。這 3 個(gè)基地微電網(wǎng)的規(guī)模和復(fù)雜程度遞增，目標(biāo)是通過(guò)示范工程總結(jié)出適用于軍事基地應(yīng)用的微電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和模板。
此外，近年來(lái)美國(guó)極端災(zāi)害天氣頻發(fā)，為此美國(guó)政府于 2013 年發(fā)起總值 1500 萬(wàn)美元的微電網(wǎng)資助貸款試點(diǎn)計(jì)劃（micro-grid grant and loan pilot program），資助全美 27 個(gè)微電網(wǎng)示范工程的除設(shè)備采購(gòu)?fù)獾脑O(shè)計(jì)、互聯(lián)及其他工程費(fèi)用，以防范颶風(fēng)等極端災(zāi)害天氣對(duì)電力供應(yīng)帶來(lái)的負(fù)面影響。
歐洲
歐洲重視可再生清潔能源的發(fā)展，是開(kāi)展微電網(wǎng)研究和示范工程較早的地區(qū)，1998 年就開(kāi)始對(duì)微電網(wǎng)開(kāi)展系統(tǒng)的研發(fā)活動(dòng)。歐盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列關(guān)于發(fā)展分布式發(fā)電和微電網(wǎng)技術(shù)的研究項(xiàng)目，組織眾多高校和企業(yè)，針對(duì)分布式能源集成、微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略、經(jīng)濟(jì)調(diào)度措施、能量管理方案、繼電保護(hù)技術(shù)，以及微電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響等內(nèi)容開(kāi)展重點(diǎn)研究，目前已形成包含分布式發(fā)電和微電網(wǎng)控制、運(yùn)行、保護(hù)、安全及通信等基本理論體系，相繼建設(shè)了一批微電網(wǎng)示范工程，例如希臘基斯諾斯島微電網(wǎng)示范工程、德國(guó)曼海姆微電網(wǎng)示范工程、丹麥法羅群島微電網(wǎng)示范工程、英國(guó)埃格島微電網(wǎng)示范工程等。
日本
日本是亞洲研究和建設(shè)微電網(wǎng)較早的國(guó)家，自 2003年開(kāi)始，日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（new energy and industrial technology development organization， nedo）就協(xié)調(diào)高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)先后在八戶市、愛(ài)知縣、京都市和仙臺(tái)市等地區(qū)建設(shè)了微電網(wǎng)示范工程，研究、驗(yàn)證了一批微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)微電網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。
日本擁有全球最多的海島獨(dú)立電網(wǎng)，因此發(fā)展集成可再生能源的海島微電網(wǎng)，替代成本高昂、污染嚴(yán)重的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電是日本微電網(wǎng)發(fā)展的重要方向和特點(diǎn)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省資源能源廳于 2009 年啟動(dòng)了島嶼新能源獨(dú)立電網(wǎng)實(shí)證項(xiàng)目，通過(guò)提供政府財(cái)政補(bǔ)貼，委托九州電力公司和沖繩電力公司在鹿兒島縣和沖繩縣地區(qū)的 10 個(gè)海島上完成了海島獨(dú)立電網(wǎng)示范工程的建設(shè)，包括由東芝集團(tuán)負(fù)責(zé)建設(shè)的宮古島大型海島電網(wǎng)和由富士電機(jī)株式會(huì)社負(fù)責(zé)建設(shè)的 9 個(gè)中小型海島微電網(wǎng)。
日本地震、臺(tái)風(fēng)、海嘯等自然災(zāi)害頻發(fā)，因此提升電力供應(yīng)在自然災(zāi)害下的可靠性是日本微電網(wǎng)發(fā)展的另一個(gè)重要方向和特點(diǎn)。2011 年，東日本大地震及其誘發(fā)的海嘯造成了福島第一核電站 1~4 號(hào)機(jī)組發(fā)生核泄漏事故，并引發(fā)了嚴(yán)重的大范圍停電。震災(zāi)期間，東京電力公司轄區(qū)損失電力供應(yīng) 22gw，約占其峰值負(fù)荷的37%；東北電力公司轄區(qū)損失電力供應(yīng) 7.5gw，約占其峰值負(fù)荷的 50%。然而仙臺(tái)市微電網(wǎng)經(jīng)受住了災(zāi)害的考驗(yàn)，在大電網(wǎng)失電、獨(dú)立運(yùn)行的 60 余個(gè)小時(shí)內(nèi)通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備和燃?xì)獍l(fā)電實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵負(fù)荷的不間斷供電，有力保障了微電網(wǎng)內(nèi)醫(yī)療護(hù)理設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備的正常運(yùn)行。災(zāi)害過(guò)后，日本更加重視微電網(wǎng)的研究和建設(shè)，以提高其電力供應(yīng)的抗災(zāi)害能力及彌補(bǔ)核電關(guān)停造成的電力缺口。
拉丁美洲、非洲及加拿大等地
盡管具體情況各不相同，拉丁美洲、非洲及加拿大等地微電網(wǎng)發(fā)展的一大共同點(diǎn)就在于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的供電問(wèn)題。拉丁美洲的一些國(guó)家電氣化率不高（例如海地的電氣化率低于 40%），擁有大量缺電人口（例如海地的缺電人口高達(dá)近 600 萬(wàn)，巴西、哥倫比亞、墨西哥、尼加拉瓜和秘魯?shù)娜彪娙丝诰?200 萬(wàn)以上），微電網(wǎng)是解決其缺電問(wèn)題的重要技術(shù)方案。此外，巴西亞馬遜流域、智利等地區(qū)現(xiàn)有大量獨(dú)立供電系統(tǒng)，主要依靠柴油發(fā)電，未來(lái)集成可再生能源的微電網(wǎng)亦是重要的清潔能源替代方案。目前巴西、智利、墨西哥、哥倫比亞等拉丁美洲國(guó)家已有一些微電網(wǎng)示范工程正在建設(shè)或投入運(yùn)行。
非洲缺電情況相較拉丁美洲更為嚴(yán)重：非洲缺電人口超過(guò) 5 億 5 千萬(wàn)，超過(guò)總?cè)丝诒壤?0%；電氣化率為 37.8%，農(nóng)村電氣化率更低，僅為 19%。非洲鄉(xiāng)村人口密度低、負(fù)荷小、遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，擴(kuò)展輸配電網(wǎng)絡(luò)的成本很高，因此發(fā)展獨(dú)立微電網(wǎng)、利用本地能源為缺電人口供電是很有潛力的解決方案。目前已有一些微電網(wǎng)工程，例如塞內(nèi)加爾 diakha madina 微電網(wǎng)、摩洛哥akkan 微電網(wǎng)等。
加拿大共有292 個(gè)邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電網(wǎng)，其中 175 個(gè)地區(qū)使用柴油發(fā)電。在使用柴油發(fā)電的地區(qū)中，有 138個(gè)地區(qū)完全依賴柴油發(fā)電。考慮到柴油發(fā)電的成本和環(huán)境問(wèn)題，建設(shè)利用光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能等本地可再生分布式能源的微電網(wǎng)是加拿大邊遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展的方向。目前加拿大已在 kasabonika、bella coola等許多地區(qū)開(kāi)展了微電網(wǎng)示范工程建設(shè)，并取得了良好的效果。
此外，在世界許多其他國(guó)家和地區(qū)，微電網(wǎng)亦是解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電問(wèn)題的重要方案。此類微電網(wǎng)示范工程如下：印度北方邦的 rampura 鄉(xiāng)村微電網(wǎng)、sunderbans delta 鄉(xiāng)村微電網(wǎng)、美國(guó)阿拉斯加科迪亞克微電網(wǎng)、丹麥法羅群島微電網(wǎng)、澳大利亞珊瑚灣微電網(wǎng)、西班牙加那利群島中耶羅島的微電網(wǎng)等。
其他國(guó)家和地區(qū)
世界上還有許多其他國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展微電網(wǎng)相關(guān)研究和示范工程建設(shè)，例如韓國(guó)濟(jì)州島示范工程、印尼電信產(chǎn)業(yè)微電網(wǎng)工程、澳大利亞珀斯等地的 9 個(gè)微電網(wǎng)示范工程、泰國(guó) kohjig 等地的 7 個(gè)微電網(wǎng)示范工程、南非羅本島微電網(wǎng)示范工程、香港晨曦島微電網(wǎng)示范工程等。越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)加入到微電網(wǎng)的研發(fā)和應(yīng)用中，根據(jù)具體國(guó)情和實(shí)際需求建設(shè)各具特點(diǎn)的微電網(wǎng)示范工程。
評(píng)論