一、新能源微電網(wǎng)

1.新能源微電網(wǎng)的含義

隨著可再生能源滲透率的日益提高，可再生能源存在并網(wǎng)難、消納難、長(zhǎng)距離傳輸能效低、損耗大、設(shè)備利用率低、系統(tǒng)增容投資邊際效率差等挑戰(zhàn)越來越大。傳統(tǒng)能源電力行業(yè)的高度壟斷技術(shù)構(gòu)架體系、管理體系，不適應(yīng)高滲透率的可再生能源及分布式能源的接入。

新能源微網(wǎng)利用了風(fēng)、光、生物質(zhì)、天然氣等多種可再生能源，通過能量存儲(chǔ)和優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)本地能源生產(chǎn)與用能負(fù)荷基本平衡，通過冷、熱、電等多能融合，實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分消納，構(gòu)建智慧型能源綜合利用局域網(wǎng)。新能源微電網(wǎng)利用互聯(lián)網(wǎng)思維和手段，構(gòu)建新型區(qū)域能源生態(tài)系統(tǒng)，提高可再生能源比重，轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)，提高能源綜合利用效率，提升大眾參與程度，提升能源綜合價(jià)值，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。


新能源微網(wǎng)有并網(wǎng)、獨(dú)立兩種運(yùn)行模式。聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)一般與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，互為支撐，實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換。對(duì)電網(wǎng)來說，可以作為可控負(fù)荷進(jìn)行管理。外部電網(wǎng)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)為獨(dú)立運(yùn)行模式。通過先進(jìn)的控制策略和控制手段，可保證新能源微網(wǎng)內(nèi)高可靠的能源供給，可實(shí)現(xiàn)兩種運(yùn)行模式的無縫切換。獨(dú)立型微網(wǎng)不和常規(guī)電網(wǎng)相連接，利用自身的分布式能源滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的需求。當(dāng)網(wǎng)內(nèi)存在可再生分布式能源時(shí)，常常需要配置儲(chǔ)能系統(tǒng)以保持能源與負(fù)荷間的功率平衡，并充分利用可再生能源，適合在海島、邊遠(yuǎn)地區(qū)等地為用戶供能。

2.新能源微電網(wǎng)的基本理念

新能源微電網(wǎng)是在新理念下構(gòu)建的綜合能源系統(tǒng)。其基本理念如下：

①一個(gè)多重融合：能源系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的有機(jī)融合;分布式能源、可再生能源與大系統(tǒng)能源的融合等。

②兩個(gè)提高：提高資產(chǎn)效率;提高能源生產(chǎn)效率。

③三個(gè)平衡：源—源之間的協(xié)調(diào)平衡，即多種一次能源、二次能源、分布式能源及可再生能源等與大系統(tǒng)能源跨時(shí)空平衡;荷—荷之間的協(xié)調(diào)平衡，即可控負(fù)荷、隨機(jī)負(fù)荷、熱負(fù)荷、電負(fù)荷等的時(shí)空平衡;源—網(wǎng)—荷之間基于負(fù)荷側(cè)的協(xié)調(diào)平衡。

④四個(gè)基本約束：可靠性保證的約束;經(jīng)濟(jì)性的約束;環(huán)境保護(hù)的約束;可持續(xù)發(fā)展的約束。

⑤五個(gè)基本要素：源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、控。

⑥六個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：系統(tǒng)總效率指標(biāo);供能可靠性指標(biāo);新能源滲透率指標(biāo);能量、功率交換率指標(biāo);能量自給率指標(biāo);綠色環(huán)境指標(biāo)。

⑦七類關(guān)鍵技術(shù)：新能源的高效轉(zhuǎn)換及發(fā)電技術(shù);電力電子技術(shù);信息技術(shù)及低成本的傳感技術(shù);大規(guī)模低成本高效率的儲(chǔ)能技術(shù);基于總能量理論的能量控制技術(shù);新能源汽車的V2G技術(shù);在大系統(tǒng)理論構(gòu)架下的能源系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)。

3.新能源微電網(wǎng)的基本要求

1)新能源微電網(wǎng)的功能定位

利用風(fēng)、光、生物質(zhì)、天然氣等多種分布式能源，通過能量存儲(chǔ)和優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)本地能源生產(chǎn)與用能負(fù)荷基本平衡，通過冷、熱、電等多能融合，實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分消納，構(gòu)建智慧型能源綜合利用局域網(wǎng)。創(chuàng)新管理體制和商業(yè)模式，整合各類政策，以新能源微電網(wǎng)為載體，參與當(dāng)?shù)仉娏w制改革，形成具有本地特色且易于復(fù)制的模式。

2)新能源微電網(wǎng)的范圍要求

應(yīng)具有明確的范圍，與外部相關(guān)系統(tǒng)有清晰的接口，承擔(dān)區(qū)域內(nèi)供電、供冷、供熱等綜合能源服務(wù)，形成以可再生能源為主的高效一體化分布式能源系統(tǒng)。

3)指標(biāo)要求

供電范圍內(nèi)的供電安全和電能質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)，最高電壓等級(jí)目前不超過110千伏，可再生能源功率滲透率(微電網(wǎng)額定裝機(jī)功率與峰值負(fù)荷功率的比值)不低于70%，新能源微網(wǎng)電量自給率不低于50%;微網(wǎng)與公共電網(wǎng)連接點(diǎn)(PCC)的交換功率不大于微網(wǎng)最大負(fù)荷的25%或按國(guó)能新能[2015]265號(hào)文件要求;示范區(qū)域內(nèi)可再生能源和清潔能源供熱(冷)達(dá)到100%;在一定的政策支持下，具有經(jīng)濟(jì)可行性。

4.新能源微電網(wǎng)的基本判據(jù)、功能

新能源微電網(wǎng)的基本判據(jù)并非電壓等級(jí)與容量，而是以下幾點(diǎn)：

①與外部系統(tǒng)有明確的連接點(diǎn)(即插即用);

②新能源滲透率大于50%;

③與外部系統(tǒng)的交換功率比率小于25%;

④內(nèi)部能源自給率需要平衡。

新能源微網(wǎng)有很多功能：可使多種能源、多種用能形式(冷、熱、電)融合，使新能源就地充分消納、能量就地分層平衡，降低傳輸損耗，提高系統(tǒng)綜合能效。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)功率與能量的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同形式的能量時(shí)間、空間的匹配，提高系統(tǒng)設(shè)備利用率，與外部系統(tǒng)的能量交換可調(diào)可控。新能源微網(wǎng)涉及很多關(guān)鍵技術(shù)，如主動(dòng)配電網(wǎng)、智能用能、電動(dòng)汽車V2G、儲(chǔ)能、協(xié)同優(yōu)化、能源大數(shù)據(jù)等等。


5.新能源微電網(wǎng)與公共電網(wǎng)的關(guān)系

1)新能源微電網(wǎng)與公共電網(wǎng)的關(guān)系是網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)系。

2)新能源微電網(wǎng)是公共電網(wǎng)的可調(diào)度負(fù)荷。

3)相對(duì)獨(dú)立、相互支援、即插即用。

二、新能源微電網(wǎng)的潛在價(jià)值

新能源微網(wǎng)是容納高比例波動(dòng)性可再生能源電力的發(fā)輸(配)儲(chǔ)用一體化的局域能源系統(tǒng)，是探索能源服務(wù)新型商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式和新業(yè)態(tài)的重要載體，是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要元素。

1.實(shí)現(xiàn)新能源充分利用，改善能源結(jié)構(gòu)

可再生能源發(fā)電采用直接并網(wǎng)方式，電網(wǎng)依靠常規(guī)備用發(fā)電容量來平抑可再生能源的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行，可再生能源發(fā)電采用直接并網(wǎng)方式，對(duì)可再生能源發(fā)電的滲透率不可能很高。


新能源微電網(wǎng)通過新能源發(fā)電、儲(chǔ)能及用能綜合控制，使可再生能源滲透率超過100%，徹底消除“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分消納，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，改善能源結(jié)構(gòu)，提高能源安全，減少碳排放和環(huán)境污染。

通過新能源微電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分消納，提高可再生能源設(shè)備利用率，使可再生能源開發(fā)商獲取最大利益。

2.提高能源綜合利用效率，降低用能成本

目前電力系統(tǒng)的生產(chǎn)方式，一次能源的利用率低于20%。新能源微網(wǎng)在區(qū)域內(nèi)將新能源發(fā)電、儲(chǔ)能和用戶負(fù)荷優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)能源的就地利用，減少能量長(zhǎng)距離傳輸環(huán)節(jié)，降低傳輸能耗不低于6%。

同時(shí)在區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，能量的梯次利用，實(shí)現(xiàn)能源充分利用。以微燃機(jī)冷、熱、電三聯(lián)供為例，一次能源到用戶端能效能達(dá)70%以上。

在能源消費(fèi)環(huán)節(jié)，通過對(duì)用戶用能習(xí)慣的引導(dǎo)、干預(yù)，將有效減少能源浪費(fèi)，提高用能效率不低于10%。

新能源微網(wǎng)從能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)等環(huán)節(jié)降低損耗，提高能源綜合利用效率，將大幅降低用能成本。

3.提高設(shè)備利用率，延緩?fù)顿Y


新能源微網(wǎng)可以通過內(nèi)部調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)與公共電網(wǎng)能量交換可調(diào)可控，是公共電網(wǎng)的可調(diào)度負(fù)荷。新能源微電網(wǎng)響應(yīng)公共電網(wǎng)調(diào)控，輔助平滑負(fù)荷曲線，降低電網(wǎng)設(shè)備備用容量，提高設(shè)備利用率，延緩電網(wǎng)增容投資。

新能源微電網(wǎng)具有即插即用、擴(kuò)容方便的特點(diǎn)，不同于公共電網(wǎng)的“適度超前”規(guī)劃建設(shè)原則，一般按當(dāng)前需求，當(dāng)期規(guī)劃、當(dāng)期建設(shè)，節(jié)約投資，設(shè)備利用率高。

4.電動(dòng)汽車綜合利用

近年來，電動(dòng)汽車發(fā)展迅速，其無序的移動(dòng)負(fù)荷，給配電網(wǎng)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

通過新能源微網(wǎng)的調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電的電量和功率的平衡。100萬輛電動(dòng)汽車的年耗電量約36億度，當(dāng)前北京市年耗電量約1000億度，供電量?jī)H提高5%左右，配電網(wǎng)基本無需增容，即可滿足電動(dòng)汽車充電需求，又能提高系統(tǒng)的設(shè)備利用率，同時(shí)保障電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

100萬輛電動(dòng)汽車，可存儲(chǔ)約3500萬度電量，形成巨大的儲(chǔ)能資源。

新能源微網(wǎng)利用電動(dòng)汽車動(dòng)力電池作為分布式移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，利用V2G技術(shù)參與新能源微電網(wǎng)運(yùn)行。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，汽車的平均行駛時(shí)間僅為4%，96%的時(shí)間處于停駛狀態(tài)。其可以作為微電網(wǎng)的儲(chǔ)能要素，大幅度降低微網(wǎng)的投資成本，提高微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性，降低電網(wǎng)峰谷差，實(shí)現(xiàn)能源輔助服務(wù)，降低系統(tǒng)損耗，提高設(shè)備利用率。

將電動(dòng)汽車由單純的消費(fèi)品轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車價(jià)值最大化，同時(shí)有效地分?jǐn)傂履茉次㈦娋W(wǎng)的儲(chǔ)能部分投資，使新能源微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到充分體現(xiàn)，又可以提高電動(dòng)汽車的使用價(jià)值。

5.提供能源輔助服務(wù)，挖掘能源價(jià)值

新能源微電網(wǎng)可以提供能源輔助服務(wù)，形成調(diào)峰調(diào)頻、無功電壓調(diào)節(jié)、提供低成本高可靠供電需求，滿足用戶個(gè)性化的能源需求，提升能源附加值。


支持能源服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變，使我們從能源的產(chǎn)銷體系向能源的服務(wù)體系轉(zhuǎn)變。我們向市場(chǎng)提供的不僅僅是電、氣、熱等能源產(chǎn)品，提供的是光明、是溫暖、是涼爽、是信息等，是日常生活所需的各種能源相關(guān)的服務(wù)。

新能源微電網(wǎng)可再生能源滲透率超過100%，充分消納，消除“棄風(fēng)棄光”;可作為大電網(wǎng)的柔性可控有源負(fù)荷，平滑負(fù)荷曲線，提供輔助服務(wù)，降低備用容量，提高設(shè)備利用率，延緩大電網(wǎng)增容投資;還可減少損耗，提高從一次能源到終端用能系統(tǒng)綜合能效，降低用能成本，具備潛在商業(yè)價(jià)值。

三、建設(shè)運(yùn)營(yíng)商業(yè)模式

新能源微電網(wǎng)投資建設(shè)在政府指導(dǎo)下，進(jìn)行項(xiàng)目的規(guī)劃研究，編制項(xiàng)目規(guī)劃及可研報(bào)告，鼓勵(lì)社會(huì)資本以PPP方式參與項(xiàng)目建設(shè)，多方投資建設(shè)，以市場(chǎng)化手段激發(fā)市場(chǎng)活力。


在政府指導(dǎo)下，對(duì)新能源微電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，優(yōu)化社會(huì)資源、利用社會(huì)投資，引導(dǎo)用能用戶，先示范后推廣，滿足建設(shè)目標(biāo)要求，充分挖掘潛力，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目效益最大化。


商業(yè)模式是新能源微電網(wǎng)發(fā)展的原動(dòng)力，是保證各參與主體合作共贏的紐帶。新能源微電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)商業(yè)模式有以下階段：

1)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)模式。

微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商為運(yùn)營(yíng)主體，各參與方資本投入，分配利益。

2)產(chǎn)銷聯(lián)盟運(yùn)營(yíng)模式。

本地產(chǎn)銷聯(lián)盟為運(yùn)營(yíng)主體，共同建設(shè)、共同受益，協(xié)商分配，形成有限開放市場(chǎng)。

3)自由交易運(yùn)營(yíng)模式。

形成開放市場(chǎng)，各方為獨(dú)立市場(chǎng)主體，通過市場(chǎng)進(jìn)行自由博弈。

推廣的政策環(huán)境

新能源微電網(wǎng)的推廣需要明確基層對(duì)口主管部門，確定審批流程;出臺(tái)針對(duì)微電網(wǎng)的專項(xiàng)扶持政策(冷、熱、新能源發(fā)電、儲(chǔ)能、節(jié)能、用戶響應(yīng))。


四、新能源微電網(wǎng)的發(fā)展

新能源微電網(wǎng)的發(fā)展與電力體制改革相關(guān)：新能源微電網(wǎng)是電力體制改革的重要載體，是電網(wǎng)配售側(cè)向社會(huì)主體放開的一種具體方式;


新能源微電網(wǎng)的發(fā)展與能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)：從物理層面，微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的“終端”，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)、信息雙向流動(dòng)以及能源就地綜合利用;從模式層面，微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要市場(chǎng)主體，電網(wǎng)配售側(cè)向社會(huì)主體放開的一種具體方式。是實(shí)現(xiàn)增量配網(wǎng)改革的重要手段之一。

五、展望

新能源微電網(wǎng)需要進(jìn)一步研究的課題：

1)技術(shù)體系

微電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù);多種能源協(xié)調(diào)優(yōu)化;配電網(wǎng)雙向互動(dòng);微電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系。

2)運(yùn)營(yíng)模式

微電網(wǎng)投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)商業(yè)模式;微電網(wǎng)相關(guān)金融及衍生品、價(jià)值實(shí)現(xiàn);微電網(wǎng)參與電力市場(chǎng)交易。

3)政策法規(guī)

建設(shè)保障;微電網(wǎng)的生態(tài)環(huán)境;市場(chǎng)環(huán)境。

專家介紹

祝振鵬，高級(jí)工程師，北京北變微電網(wǎng)技術(shù)有限公司副董事長(zhǎng)、常務(wù)副總裁、首席專家;中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)智能電器專業(yè)委員會(huì)委員;北京電工技術(shù)學(xué)會(huì)理事;電氣技術(shù)雜志編委;北京電工技術(shù)學(xué)會(huì)微電網(wǎng)專業(yè)委員會(huì)主任委員;中關(guān)村能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事。1982年獲得西安交通大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)士學(xué)位，曾擔(dān)大型央企動(dòng)力廠主任，北京四方華能電氣設(shè)備有限公司董事長(zhǎng)，北京新能匯智微電網(wǎng)技術(shù)有限公司首席專家。長(zhǎng)期從事配電自動(dòng)化、微電網(wǎng)領(lǐng)域的工作，在智能電器、永磁斷路器及微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行等領(lǐng)域有很深造詣。具有深厚的專業(yè)背景和豐富的管理經(jīng)驗(yàn)。主持制定了北京市新能源產(chǎn)業(yè)基地智能微電網(wǎng)建設(shè)工程網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，技術(shù)方案。參與制定了國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)、二連浩特新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目規(guī)劃報(bào)告等多項(xiàng)重大項(xiàng)目的規(guī)劃和技術(shù)方案。參與制定了國(guó)家智能電器、新能源微電網(wǎng)等領(lǐng)域的多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。