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微电网可行性研究的关键因素与经验教训

范文

王飞　张敏

摘要：随着新能源发电技术的发展，微电网的研究与建设在全球日益受到关注。微电网的技术发展还不成熟，分布式发电也具有较大的不确定性，如何保证微电网的收益需要从各个方面进行论证分析。在确保供电可靠性的同时，要保证微电网的经济性，为微电网的实施提供合理的依据，因此微电网的可行性研究具有重要的意义。本文结合通用电气公司（GE）在全球微电网实践中积累的经验及教训，列举了微电网可行性研究中的一些关键因素，并给出了微电网的评估与任务工作流程。

关键词：微电网;关键因素;经验教训

中图分类号：TM727文献标识码：A

Key Factors and Lessons from Microgrid Feasibility Study

Wang Fei Zhang Min

General Electric Grid Solutions （Shanghai） Co.，Ltd. Shanghai 201203

Abstract：With the development of new energy power generation technology，the research and construction of microgrid has received increasing attention worldwide.The technical development of microgrid is still immature，and distributed power generation also has greater uncertainty.How to ensure the benefits of microgrid needs to be analyzed from various aspects.While ensuring the reliability of power supply，it is necessary to ensure the economics of the microgrid and provide a reasonable basis for the implementation of the microgrid.Therefore，the feasibility study of the microgrid is of great significance.Based on the experience and lessons learned by GE in the global microgrid practice，this paper lists some key factors in the feasibility study of microgrid and gives the assessment and task workflow of the microgrid.

Key words：Microgrid;Key Factors;Lessons

微电网是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统（必要时含储能装置）。微电网代表了未来能源发展趋势，是贯彻落实习近平总书记关于能源生产和消费革命的重要措施，是推进能源发展及经营管理方式变革的重要载体，是“互联网+”在能源领域的创新性应用，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。同时，微电网是电网配售侧向社会主体放开的一种具体方式，符合电力体制改革的方向，可为新能源创造巨大发展空间。各方面应充分认识推进微电网建设的重要意义，积极組织推进微电网示范项目建设，为微电网的发展创造良好环境并在积累经验基础上积极推广[1，2]。

微电网是小型电网，可独立运行或与主电网结合运行，该领域汇集了多工程学科：包括输配电规划与设计，分布式发电选址与规模，可再生能源接入，能效和需求响应，智能电网与自动化，先进的控制和通信技术以及能源管理系统（EMS）等。[3]

随着微电网持续获得认可，许多电网公司和能源供应商开始反复权衡这一新的电网模式如何能满足他们今天的需求，同时有效地应对未来的挑战。[4]为了评估相关技术优势和潜在的挑战，有必要进行全面的微电网可行性研究，在进行全面研究之前，应考虑多方面因素。

1 关键因素

在建设微电网之前，首先要确定实施微电网的主要理由或目标，在许多情况下，提高电网弹性是主要目标（当主网停电时提供冗余电源），实施微电网的其他常见原因包括：保障偏远、农村或岛屿的电力供应;降低电力成本，提高工业用户的供电可靠性;增加军事基地能源安全和保障;并可能减少公共电网输配电升级需求。[5]

一旦确定了微电网建设理由，即应该确定实施过程的其他因素。一些关键问题包括：经济收益如何？在运营改进方面有什么期待？这是首先最可能想到的问题，不过它们只是微电网可行性研究之前应考虑因素的冰山一角。

我们可以考虑如下更多问题：

（1）当地的法规/政策是否有助于或阻碍微电网的实施？完善的政策和法规是微电网发展的必要条件。为了推进微电网的建设与发展，我国相继出台了多项微电网相关的政策与法规。例如为推进能源供给侧结构性改革，促进并规范微电网健康发展，引导分布式电源和可再生能源的就地消纳，建立多元融合、供需互动、高效配置的能源生产与消费模式，国家能源局于2017年发布了《微电网管理办法》。同年，国家发改委官网发布了关于印发《推进并网型微电网建设试行办法》的通知，通知中称，微电网运营主体在具备售电公司准入条件、履行准入程序后，作为拥有配电网经营权的售电公司（第二类售电公司），开展售电业务。鼓励微电网内建立购售双方自行协商的价格体系，构建冷、热、电多种能源市场交易机制。

（2）在緊邻地区是否有多个关键设施需要不间断电力？微电网的优点是它在与之相连的配电系统中被视为一个自控型实体，保证重要用户电力供应的不间断，提高供电可靠性。对关键设施应如何供电，如何保障关键设施供电的可靠性，特别是微电网转为孤岛运行模式时，如何保障供电可靠性是微电网需要解决的一个关键因素。它涉及到负荷划分的精细度，储能系统的配置以及快速的负荷减载。

（3）这些设施的业主或当地社区是否支持实施微电网？业主或者当地社区的支持也非常重要，微电网中包含分布式能源设备，可能会引起业主或社区成员对健康、环境以及安全等因素的疑虑，应该通过各种途径打消客户的疑虑，获得他们的支持。同时，微电网的建设会涉及到多个利益相关方，也需要业主的配合才能展开相关工作。

（4）在项目位置范围内是否有大的热（冷）负荷？微电网不仅包含电负荷，也可以包含热（冷）负荷，合适的情况下，一定规模的热（冷）负荷可以有效地提高能源的利用效率，例如采用冷热电三联供机组作为微电网中的一个分布式能源。当微电网中包含热负荷时，要考虑“以热定电”、“电热分供”等不同的运行方式，并选择合适的运行策略以降低微电网的运行成本。[6]

（5）在项目位置范围内，现有的电网设施的情况如何？在建设微电网时，要弄清楚实施范围内电网设施的现有情况，尽可能的利用现有的设备，以保护客户的投资，但是也可能增加系统集成的复杂性。新增设备时，需要考虑新增设备对现有设施的影响，是否需要对设备的运行方式进行调整？

（6）为了增强电网弹性目的情形下，选定的项目地点是否有长时间停电的经历（自然或人为原因）？长时间的停电通常抢修难度不低，恢复时间较长，给用户带来的损失也不小。相比与依靠大电网，微电网具有更好的安全性和可靠性[7]：当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计的微电网仍能保持正常运行，微电网将会是大电网十分有益的补充，也会给用户带来更好的用电体验。

（7）当地电网公司或能源服务公司是否支持微电网可行性研究？当地电网公司或能源服务公司的支持对微电网的顺利实施是至关重要的。微电网的规划与建设应当契合当地电网公司或能源服务公司的电力及能源规划，应明确各方的责任与义务、电能计量、电价及电费结算、调度管理方式等。微电网是对大电网有效地补充和支持，建设微电网的成本比架设高电压输电线的成本具有明显的优势。[8]

尽可能收集更多相关信息有助于项目可行性研究的成功以及有效的项目实施。

2 经验与教训

GE已经在美国及世界其它地区完成了若干微电网项目的可行性研究，以下因素是在微电网可行性研究时，应该考虑的一些共同因素：

首先，技术和经济可行性研究需要明确的财务和时间限制。简单和粗略的投资概算会有所帮助，但全面的可行性研究方可提供更深入的见解-例如微电网结构和布局、规模、成本和潜在的挑战，综合考虑这些因素可以在详细设计和实施过程中节省大量成本。GE在微电网项目规划及建设过程中遇到了各种挑战，学习了许多经验教训，形成一些最佳实践，这些经验可以帮助那些希望介入微电网的投资者做出明智的决策，并成功实施。

如今，实现可持续商业模式和业务结构有时是非常复杂的。与任何其他投资一样，投资回报率（ROI）是微电网实施中的重要因素。就微网而言，投资回报率不仅体现在财务方面，同时必须体现在更好的电网可用性和灵活性等其他形式。以下是一些经验教训，可确保微电网实施获得积极的投资回报率：

当决定开始筹划微电网项目时，当地电网公司的支持是必不可少的，和电网公司之间良好的合作可以确保可靠的电气系统设计并提供互惠互利。例如，利用现有的发电和配电系统有助于降低技术复杂性并减少投资，如果微电网实施还有助于减少或减缓当地电网公司在输配电资产方面的投资，以及有助于系统可靠性和服务质量的提高，微电网的价值累积将更加明显，微电网的价值还可以通过其参与需求响应计划、电力市场及电力辅助服务市场实现。

在决定微电网的结构以及包含哪些资产时，通常有几个权衡需要考虑。如果决定将可再生能源纳入发电组合，则可能需要更多的资本投入，并且随着可再生能源的发展，储能也应成为讨论的一部分，以确保电网在可再生能源持续增加过程中的可靠性。虽然这些方面会增加微电网投资，但它们同时带来可以有效降低环境影响的社会效益。在决策中可以而且应该权衡的其他社会效益包括：保障医院，紧急避难所，现场急救，警察，消防，水务和管道服务等关键设施的正常运行。

下图给出了对微电网进行评估的一般流程和任务框图：

3 结论

弹性微电网的需求正在增加，市场正在增长。未来五年，微电网的市场需求会增加四倍。主要驱动因素之一是极端天气和其他自然和人为灾害，这些灾害不仅可以威胁生命，扰乱社区经济活动，同时还会损害电力公司的发电和输电基础设施。例如，美国近年来连续出现了几次重大自然灾害，其中包括东海岸的艾琳飓风和暴风雪等冬季风暴，这些灾害导致了广泛的停电事故。将这些灾害带来的挑战与不断的政策变化、分布式能源成本的持续下降、以及像诸如纽约地区正在推进的能源愿景计划（REV）一并考虑的话，一个旨在使消费者更多地控制能源使用并将其作为生产者-广泛采用分布式能源和微电网的格局正在形成。

随着微电网在全球范围内持续受到关注，可行性研究对于未来实施的成功将至关重要，电力行业参与者也将能够由此作出明智的决定，建设未来公用电网，以满足不断变化的需求和挑战。

参考文献：

[1]麻敏，韩继明，麻秀慧，陈衍妍.浅谈微电网[J].科技资讯，2009（15）.

[2]孟明，陈世超，赵树军，李振伟，卢玉舟.新能源微电网研究综述[J].现代电力，2017（01）.

[3]鲁宗相，王彩霞，闵勇，周双喜，吕金祥，王云波.微电网研究综述[J].电力系统自动化，2007（19）.

[4]赵磊，曾芬钰，王霜.微电网研究综述[J].科技风，2014（09）.

[5]于洋，杨驿昉.微电网构建分布式能源多样化应用场景[J].能源，2018（01）.

[6]Tekena C F，Franjo C，Aidong Y.Modelling and selection of micro-CHP systems for domestic energy supply：The dimension of network-wide primary energy consumption.Applied Energy，2014.

[7]Marnay，C.，Venkataramanan，G.，Stadler，M.，Siddiqui，A.S.，Firestone，R.，Chandran，B.Optimal Technology Selection and Operation of Commercial-Building Microgrids.Power Systems，IEEE Transactions on，2008.

[8]B.K.Blyden，W.J.Lee，Modified Microgrid Concept for Rural Electrification in Africa，General Meeting of the Power-Engineering-Society，2006.

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