很久以來(lái)，微電網(wǎng)更多地強(qiáng)調(diào)分布式的特點(diǎn)，無(wú)論是否和大電網(wǎng)相連，自我管理和自我控制都是其典型的特征。無(wú)論定義如何，微電網(wǎng)依然離不開其電網(wǎng)的屬性，也必須要遵守電網(wǎng)設(shè)計(jì)中的一些金科玉律。這其中，安全性和穩(wěn)定性無(wú)疑是最重要的標(biāo)準(zhǔn)。為了在接入高比例的分布式可再生能源的同時(shí)還能保證安全性，最關(guān)鍵的在于系統(tǒng)的靈活性。
在靈活性的大框架下，各國(guó)對(duì)微電網(wǎng)的定義和發(fā)展趨勢(shì)也略有不同，我國(guó)在7月份發(fā)布了《推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》，其中對(duì)微電網(wǎng)給出了官方的定義。而今天我們介紹的是美國(guó)在微網(wǎng)建設(shè)中的一系列發(fā)展趨勢(shì)，其中最核心的是熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備體系，熱電在消費(fèi)端的耦合和生產(chǎn)端的解耦將輕松地解決微電網(wǎng)中一系列的靈活性問(wèn)題。
在美國(guó)的眾多微電網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐中，總結(jié)出了以下幾個(gè)未來(lái)微電網(wǎng)建設(shè)的趨勢(shì)和標(biāo)準(zhǔn)：
1.能效為先，拒絕浪費(fèi)
最便宜和最清潔的電力是什么?很多人會(huì)說(shuō)是可再生能源電力。但是其實(shí)在能源的生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)過(guò)程中被浪費(fèi)掉的電力才是我們最應(yīng)該關(guān)注的部分。近期ACEEE組織的一份報(bào)告中指出，通過(guò)節(jié)能措施和能效設(shè)備產(chǎn)生一千瓦時(shí)的電力的平均成本在2.8美分左右，折合人民幣17分。相比于我國(guó)35分左右的煤電發(fā)電成本，能源提升帶來(lái)的電力十分有競(jìng)爭(zhēng)力。
因此在未來(lái)的微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該考慮的是原有能源系統(tǒng)中有多少能效提升的可能，在規(guī)劃新的電源和系統(tǒng)的時(shí)候也必須優(yōu)先考慮能效提升后的轉(zhuǎn)機(jī)需求，盡可能地降低系統(tǒng)的能源供應(yīng)成本。
2.熱電聯(lián)產(chǎn)，多能互補(bǔ)
熱電聯(lián)產(chǎn)顧名思義是同時(shí)生產(chǎn)熱能和電力的能源生產(chǎn)方式。將發(fā)電過(guò)程中的廢熱再利用與供暖、生活熱水、工業(yè)用暖甚至通過(guò)吸收式制冷設(shè)備轉(zhuǎn)化為冷量。這種耦合的能源生產(chǎn)方式能夠?qū)⒛苄Ю寐侍嵘?0%，同樣的燃料分別用于生產(chǎn)電力和熱能的效率則最高不超過(guò)45%。目前隨著燃機(jī)的小型化技術(shù)日漸成熟，高效的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備也能夠成為分布式能源供應(yīng)的核心元件。
還有幾個(gè)重要的原因，讓熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備逐漸成為微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中不可或缺的元件之一：
如果不考慮同時(shí)生產(chǎn)熱能，小型燃機(jī)的發(fā)電成本通常比從電網(wǎng)中購(gòu)電的成本要高。只有耦合了熱能后的綜合能源成本才比較有競(jìng)爭(zhēng)力;
熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備的可靠性比可再生能源高，且具備很高的靈活性;
熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備還能夠作為許多電梯和水泵的應(yīng)急電源，這類電源如果只通過(guò)電池來(lái)提供無(wú)法保證足夠的安全性。
另一個(gè)重要的原因是熱能的儲(chǔ)存比電能的儲(chǔ)存要容易很多，而熱負(fù)荷的波動(dòng)性比電負(fù)荷要小，在熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備中額外安裝儲(chǔ)熱設(shè)備后能夠?qū)崿F(xiàn)熱電生產(chǎn)的解耦，提供更多的靈活性。熱網(wǎng)本身的儲(chǔ)存能力也為系統(tǒng)提供了一定的韌性。在目前各類微電網(wǎng)設(shè)計(jì)模型中，熱電氣多能互補(bǔ)模式是性價(jià)比最高的，沒有之一。
3.風(fēng)光互補(bǔ)，清潔電力
在當(dāng)前的技術(shù)水平下，熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備將成為微網(wǎng)系統(tǒng)的核心，同時(shí)在條件允許的地區(qū)，風(fēng)電和光伏也將成為微網(wǎng)發(fā)電的重要組成部分。在美國(guó)的眾多微電網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)踐中，熱電聯(lián)產(chǎn)通常占據(jù)80%的發(fā)電容量，風(fēng)電和光伏承擔(dān)剩下的20%。在未來(lái)，隨著可再生能源發(fā)電成本的繼續(xù)降低以及新技術(shù)的發(fā)展，可再生能源的發(fā)電占比還會(huì)繼續(xù)提升。
可再生能源電力的優(yōu)勢(shì)自然是0排放的清潔電力，而且不需要額外構(gòu)建燃料的運(yùn)輸渠道，缺點(diǎn)也十分明顯，在缺乏足夠的儲(chǔ)能設(shè)備的情況下，能源供應(yīng)的穩(wěn)定性受到了很大的挑戰(zhàn)。
4.必備儲(chǔ)能，保障安全
為了緩解微電網(wǎng)系統(tǒng)中由于風(fēng)電和光伏的間歇性發(fā)電和負(fù)荷側(cè)的波動(dòng)，儲(chǔ)能設(shè)備成為大多數(shù)微電網(wǎng)的標(biāo)配。此處的儲(chǔ)能設(shè)備不僅僅指代電池，還包括儲(chǔ)熱和儲(chǔ)氣等不同種類能源介質(zhì)的儲(chǔ)存。在電池作為大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備成本依然較高的情況下，其他類型的儲(chǔ)能設(shè)備反而能夠在多能互補(bǔ)的微電網(wǎng)項(xiàng)目中得到更多的應(yīng)用。
目前，大多數(shù)微網(wǎng)項(xiàng)目的儲(chǔ)能設(shè)備還是用于平滑用戶負(fù)荷曲線、彌補(bǔ)日內(nèi)和周內(nèi)的發(fā)用電缺口。長(zhǎng)期的季節(jié)性儲(chǔ)能設(shè)備暫未有較好的整合方案。
總體來(lái)看，微電網(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃必須全盤考慮當(dāng)?shù)氐馁Y源稟賦和用戶的需求，以系統(tǒng)能源供應(yīng)的安全性和可靠性為第一標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上再考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。設(shè)計(jì)中不僅要考慮能源供需的平衡，還要考慮能夠提供靈活性的設(shè)備與消耗靈活性的設(shè)備之間的平衡。
