【电力】4个项目案例告诉你 微电网的优势究竟在哪

【电力】4个项目案例告诉你微电网的优势究竟在哪

2017-08-30 华气能源猎头

内容概要

微电网有以下优势：

能源可靠性：微电网能够独立于主电网，实现自给自足，从而实现弹性供电
能源易获取：在无法接入主电网的情况下，以合理的成本获得能源
能源独立：通过整合更多可再生发电方式来减少化石燃料消耗
能源成本优化：利用能源灵活性优化能源结构和电网平衡

　　本文探讨了微电网能够带来的优势，并提供了相关微电网项目的实例。

1、能源可靠性
　　微电网能够独立于主电网，实现自给自足，从而实现弹性供电。
　　在一些地区，由于恶劣天气事件造成的停电事故不断增加。2003年8月，一次大面积停电造成美国东北部和加拿大东部地区大约5500万人断电。而2012年7月，印度发生的世界上最大的断电事故影响的范围更大，造成该国一半人口断电。不久之后，飓风“桑迪”袭击了美国东部，导致800万客户断电。
　　美国列克星敦研究所（LexingtonInstitute）称，由于美国电网的供电弹性问题，平均每天至少有50万人受到停电影响，每年造成损失达1190亿美元。
　　微电网能够独立于主电网，实现自给自足，从而提高了供电弹性。当主电网遇到重大问题时，微电网能够快速解耦，并仍然可以继续从地方电源供电。由于地方生产、储电容量和瞬时状态的影响，这种自主供应可能受到限制。然而，借助微电网的地方管理系统，可以对负载优先级进行优化管理，控制策略也可以得到相应调整。
　　此外，在问题风险可预测的情况下（比如预报有强风暴），可以通过有意采取预防策略为微电网做好准备，例如减少非重要负载、准备进行待调度的地方发电，以及为电池充电以提高系统未来的弹性。
　　当微电网本身出现问题时（例如，其中之一的电源遇到问题或正在进行维护），微电网能够进行备份，并自动进行重新配置。

图1 Oncor校园微电网

　　参考一个校园微电网的实例：
　　概况：超过100英亩的系统运营服务设施
　　挑战：
　　1.提升电网容量和可靠性
　　2.利用现有资源
　　3.利用灵活的动态微电网技术
　　4.监测和优化分布式能源（DER）
　　5.运营两组太阳能光伏阵列、一台微型涡轮机、两个储能系统以及四台现有发电机
　　解决方案：Oncor的创新型系统包括四个相互连接的微电网，并使用九个不同的DER，其中包括基于逆变器的资源和非基于逆变器的资源，这些资源可以与主公用电网断开，也可以重新连接到主公用电网上。微电网控制器和运营软件可以提供信息、通信和控制，通过优化协调负载、发电和存储，将能源灵活性的价值转化为经济价值。
　　结果：
　　在从并网模式切换到离网模式时，控制器可以保护操作，并方便切换，以确保关键负载能够获得可靠的电源。
　　它能够根据需要，实现从单微电网到多微电网协同工作配置的无缝过渡。
　　通过采用容错方法，设备可以储存来自电网馈电或设施的任一发电来源的电力。
　　基于云的用于经济负荷分配和DER预测的平台，进一步优化了供电并提高了供电的智能水平。支持多种用例，并且还使用行业标准通信协议，创建了微电网与公用电网之间的连接。

图2米拉马尔海军陆战队航空站关键任务微电网

　　参考一个关键任务微电网的实例：
　　概况：占地3,500英亩的米拉马尔海军陆战队航空站运行和维护设施
　　挑战：
　　1.该航空站的关键设施必须持续不间断运行，即使公用电网被危害或受损时也不能受到影响。
　　2.设计必须具有可扩展性，以便在用电高峰期间为设施供电和进行电力管理。
　　3.设计必须纳入可再生资源、采用先进的智能电网控制系统并具备需求响应能力。
　　4.该航空站努力成为一个“净零能源设施”，也就是说，其在一年中生产的能源要与消耗的能源一样多。
　　解决方案：米拉马尔的创新型系统包括现有的能源资源（如垃圾填埋气、太阳能光伏发电和储能系统）以及一座升级后的7兆瓦发电厂（主要使用垃圾填埋气发电）。微电网控制器和运营软件可以提供态势感知、通信和控制，通过优化协调负载、发电和存储，将能源灵活性的价值转化为经济价值。该系统包括对电力控制系统的升级和集成。
　　预期结果：
　　该项目计划于2018年7月前完工。
　　届时，微电网将能够在与电网分离的情况下为设施供电。在与主电网连接时，微电网将通过需求响应与电网智能交互。
　　微电网将增强和扩展现有现场可再生能源的功能：1.6MW太阳能光伏发电和3.2MW垃圾填埋沼气发电。

目前，该航空站目前所使用的可再生能源比例为50％，而目标是到2019年达到75％，且最终目标是达到净零能源状态。

2、能源易获取
　　在无法接入主电网时，以合理的成本获得能源。
　　微电网可以大大加快智能电网的部署，并增加发展中国家民众获取能源的机会。
　　实施智能电网是一项复杂的工程，需要对电网基础设施进行大量的调整。这既需要时间，也需要投入大量的资金。微电网可以作为一个简单的替代方案，用来展示规模更小但经济性更好的智能能源系统的潜力。
　　在没有能源网络的发展中国家，实施大规模分散化本地可再生能源的灵感，可能来自移动电话业务，因为此业务克服了大型基础设施投资的障碍。与之类似，在短期内，低功率微电网可以为生产和输送能源提供切实的解决方案。
　　参考汤加的一个乡村电气化项目的例子：
　　概况：60个偏远的离网村庄，每个村庄有80-520户居民无法获得电力
　　挑战：
　　1.以可持续方式获得电力
　　2.消除对柴油的依赖
　　3.消除燃料和发电机维护带来的高运营成本（OPEXcosts）
　　解决方案：借助离网太阳能和电池存储系统，可日夜获取能源
　　结果：
　　可以通过完全可再生能源获得电力，而不依赖柴油。
　　这60个地点已经成为自主发电厂（15kW至75kW）

图3汤加群岛乡村电气化项目

　　3、能源独立
　　通过整合更多可再生发电来减少化石燃料消耗。
　　例如，汤加群岛除了面临提高能源可及性的挑战外，还必须努力实现能源独立。通过进口石油能够满足该国的能源需求，为四个较大岛屿的15,000个客户供电，其中90%以上的客户居住在汤加塔布岛上。2012年，汤加群岛用于发电的柴油量达到1200万升。目前，汤加的总发电量约有97%来自柴油发动机，其余为太阳能发电。
　　汤加能源路线图（TERM）是一个为期十年的工作计划（2010-2020年），旨在减少石油进口和石油价格波动对汤加的严重影响。该计划还有一个目标，那就是以环境可持续的方式增加获得现代能源服务的机会，并满足国际社会减少碳排放的要求。

　　4、能源成本优化
　　利用能源灵活性优化能源结构和电网平衡。
　　微电网的一个目标是实现地方可再生绿色能源的自给消费，以便能够部分或全部取代主电网提供的能源，从而有助于减少与能源有关的温室气体排放。增加地方能源储存量可以进一步推进最大限度地利用可再生能源。
　　另一个目标是将现场分布式发电作为灵活的能源资源，以优化需求响应程序的参与情况，即使用地方发电或负载管理来应答负荷削减请求。在一些地区，通过实施电网回购，客户能够通过将可再生能源馈送回电网而获得补偿，通常无需进行自给消费。
　　例如，请参考莫尔比昂省立能源协（SDEM），法国布列塔尼地区的公用事业公司

图4 SDEM：法国莫尔比昂省立能源协会

　　SDEM总部的总建筑面积为3200平方米，共有大约80名工作人员。
　　SDEM建立了一个微电网系统，以便在用电高峰期优化电力需求，以及平滑总部的负荷曲线。
　　其微电网与公共低压配电网络相连，因此可作为网络的补充，并增加能源的可用性。在电力需求高，或由于网络或发电故障导致的电网功能降低的情况下，现场可以通过为自身负载供电来减轻电网的压力。

　　其微电网包括以下组成部分：
　　连接到公共低压配电网络
　　额定功率为110kW的光伏阵列
　　额定功率为2kW和3.6kW的风力发电机组
　　由锂离子电池和电子电源转换器组成的储能系统
　　放置在低压服务入口处的UPS可保障电源安全，并且可以在离网模式下，稳定建筑电网的电压和频率
　　电气负载：某些电负载是可控的，因此有助于实现生产和消费的均衡
　　总结
　　能源分散化是一个重要发展方向，可以帮助应对21世纪能源挑战。
　　在一系列重大技术和经济进步的推动下，太阳能和能量储存等分散性能源取得了实质性的进展，物联网等推动新合作和优化能力发展的技术也取得了重大发展。
　　微电网是实现能源转型的催化剂。
　　微电网的优势包括：弹性更好；通过可以更快实施的较低资本密度、模块化、可扩展的解决方案，更为轻松地获取能源；提供更多与电网进行交互的时间和方式选择；以及优化能源成本微电网已经成为现实，拥有许多成功的交钥匙解决方案案例。

来源：施耐德电气
编辑：华气能源猎头（微号：energyhunt）
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