隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速和可再生能源滲透率的不斷提升,分布式能源智能微網(wǎng)技術(shù)正成為能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。北極星儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合多家網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu),共同梳理了該技術(shù)的核心內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì),形成本報(bào)告。
一、 智能微網(wǎng)的概念與核心價(jià)值
智能微網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控保護(hù)裝置、負(fù)荷等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng),是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。其核心價(jià)值在于:
- 提高供電可靠性:在外部大電網(wǎng)故障時(shí),可以離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行,保障關(guān)鍵負(fù)荷的連續(xù)供電。
- 促進(jìn)可再生能源消納:有效整合光伏、風(fēng)電等間歇性、波動(dòng)性電源,實(shí)現(xiàn)就地平衡與消納。
- 提升能源利用效率:通過(guò)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)的協(xié)調(diào)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用和綜合能效提升。
- 參與電網(wǎng)互動(dòng):作為大電網(wǎng)的“友好型”單元,可提供調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù),增強(qiáng)電網(wǎng)彈性。
二、 關(guān)鍵技術(shù)解析
智能微網(wǎng)的穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行依賴(lài)于一系列關(guān)鍵技術(shù)的支撐,主要包括:
- 分布式能源接入與功率預(yù)測(cè)技術(shù):針對(duì)光伏、風(fēng)電等不確定性電源,需高精度預(yù)測(cè)其出力,為微網(wǎng)調(diào)度提供依據(jù)。
- 儲(chǔ)能系統(tǒng)集成與管理技術(shù):以鋰離子電池、液流電池、超級(jí)電容等為代表的儲(chǔ)能系統(tǒng),是平抑功率波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)能量時(shí)移的關(guān)鍵。高效的電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量管理系統(tǒng)(EMS)及功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)是技術(shù)核心。
- 電力電子變換與控制技術(shù):實(shí)現(xiàn)不同電源、儲(chǔ)能與負(fù)荷間的柔性連接與功率控制,如并網(wǎng)逆變器、雙向DC/AC變換器等。
- 微網(wǎng)運(yùn)行控制與能量管理技術(shù):這是微網(wǎng)的“大腦”,涉及分層控制架構(gòu)(主從控制、對(duì)等控制、分層控制)、優(yōu)化調(diào)度算法(考慮經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、可靠性等多目標(biāo))以及即插即用接口技術(shù)。
- 信息通信與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù):基于物聯(lián)網(wǎng)、5G、工業(yè)以太網(wǎng)等構(gòu)建高速、可靠、安全的通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)感知與實(shí)時(shí)控制,并防范網(wǎng)絡(luò)攻擊。
三、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)作用
網(wǎng)絡(luò)技術(shù),特別是新一代信息通信技術(shù)的融合,是智能微網(wǎng)從“自動(dòng)化”邁向“智能化”的核心驅(qū)動(dòng)力。
- 物聯(lián)網(wǎng)(IoT)與傳感技術(shù):實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)海量設(shè)備(電表、逆變器、傳感器)的全面感知與數(shù)據(jù)采集。
- 大數(shù)據(jù)與人工智能(AI):對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘,用于負(fù)荷預(yù)測(cè)、故障診斷、運(yùn)行優(yōu)化及市場(chǎng)交易策略制定,實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)。
- 云計(jì)算與邊緣計(jì)算:云平臺(tái)提供強(qiáng)大的計(jì)算與存儲(chǔ)能力,用于長(zhǎng)期規(guī)劃、高級(jí)分析;邊緣計(jì)算則部署于本地,實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的快速響應(yīng)與控制,保障實(shí)時(shí)性。
- 區(qū)塊鏈技術(shù):有望應(yīng)用于微網(wǎng)內(nèi)部的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)能源交易,建立可信、透明、自動(dòng)化的交易結(jié)算機(jī)制。
四、 發(fā)展現(xiàn)狀與典型應(yīng)用
目前,全球范圍內(nèi)智能微網(wǎng)已從示范階段逐步走向商業(yè)化應(yīng)用,主要場(chǎng)景包括:
- 工業(yè)園區(qū)/商業(yè)樓宇:降低用能成本,提高供電質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
- 偏遠(yuǎn)地區(qū)/海島:解決無(wú)電/弱電地區(qū)的供電問(wèn)題,構(gòu)建獨(dú)立可靠的能源系統(tǒng)。
- 城市社區(qū)/重要負(fù)荷:作為城市配電網(wǎng)的補(bǔ)充和增強(qiáng),提升區(qū)域供電韌性。
- 數(shù)據(jù)中心/通信基站:作為高可靠性備用電源,并參與需求響應(yīng)。
國(guó)內(nèi)外已涌現(xiàn)出一批成功案例,驗(yàn)證了技術(shù)的可行性與經(jīng)濟(jì)性。
五、 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)
智能微網(wǎng)技術(shù)將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì):
- 標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化:設(shè)備接口、通信協(xié)議、控制架構(gòu)將趨于統(tǒng)一,便于快速部署與集成。
- 高度數(shù)字化與智能化:AI與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)將貫穿規(guī)劃、運(yùn)行、維護(hù)全生命周期。
- 交直流混合與多能互補(bǔ):直流微網(wǎng)、交直流混合微網(wǎng)將與冷、熱、氣等能源系統(tǒng)深度融合,形成綜合能源微網(wǎng)。
- 聚合與虛擬電廠(chǎng)(VPP):多個(gè)微網(wǎng)或分布式資源將被打包聚合,作為虛擬電廠(chǎng)參與電力市場(chǎng),實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置。
面臨的挑戰(zhàn)主要包括:初期投資成本較高、商業(yè)模式有待創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善、網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)增加、政策與市場(chǎng)機(jī)制需進(jìn)一步協(xié)同等。
結(jié)論:分布式能源智能微網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要基石。其發(fā)展離不開(kāi)分布式能源技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)和以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的深度融合與持續(xù)創(chuàng)新。隨著技術(shù)進(jìn)步、成本下降和機(jī)制完善,智能微網(wǎng)將在提升能源系統(tǒng)韌性、促進(jìn)清潔能源消納、賦能用戶(hù)側(cè)變革方面發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。