微电网和分布式电力系统

2022年发布的“十四五计划”明确指出发展微电网和智能微电网以实现双碳目标。
微电网正朝着“源-网-负荷-储能”这种新型的电力运行模式发展。
与微电网相比，虚拟电厂的运营规模更大，可以跨区域进行调度。虚拟电厂可以整合各种参与电力交易和运营的角色

2021年3月1日，中国国家电网宣布了“碳峰碳中和”行动计划。 [1]。该计划包括加快智能电网建设，增加清洁能源传输，支持分布式能源资源和微电网的发展，并建设清洁能源最优配置平台。

微电网是由分布式能源资源、储能设备、电力负载和能源管理系统组成的小型发电和配电系统。它使得自主系统能够自我控制、保护和管理，无论是与外部电网连接还是孤立运行。微电网解决了分布式电力供应集成的问题，提高了电网的清洁能源容量，具有节能、便捷和可靠的特点。

目前，当地的微电网主要采用连接模式运行。通过分布式能源、能量存储、功率电子设备和其他设备的互联，建立了一个可靠和安全的区域智慧能源管理系统。与传统的大型电网相比，微电网具有以下特点：

微电网的发展对于其经济和环境效益、能源多样性、峰值调节、安全性和可靠性具有重要意义。

分布式能源可以利用发电产生的废热进行供暖和制冷，因此能源可以在合理的级联中使用，将能源利用效率提高70%至90%。
分布式电源减少或延缓了大型发电厂和高压输电网络的建设，从而节省了投资。它们可以利用各种能源，如天然气、氢能、风能和太阳能，并为用户提供多种能源应用方法，如冷却、供暖和发电。因此，这是解决能源危机、提高能源效率、确保能源安全和促进环境保护的有效途径。
夏季和冬季通常是峰值负荷期。一种基于燃气涡轮机的三联发电系统可以利用天然气在夏季提供冷却，在冬季提供供暖，同时平衡天然气的供需。这个系统可以同时补充天然气和电力。
当电网发生大规模停电时，具有特殊设计的分布式发电系统仍然可以保持正常运行，提高了电力供应的安全性和可靠性。

分布式能源是一种经济高效、安全灵活的能源开发方式。“十四五”规划为现代能源系统提供了指导方针，明确了从大型网络向微电网的转变，以及智能微电网的发展。 [2]。微电网由分布式发电组成，这是一个重要的组成部分。分布式发电运行的规模、水平和稳定性直接影响微电网的运行。如果分布式发电能够继续降低成本并实现更高的效率，微电网的盈利能力将进一步增强。

分布式能源技术无疑是未来世界能源技术的重要发展方向。近年来，全球分布式能源的新增装机容量总体上呈增长趋势。根据一份关于中国分布式能源行业发展模式和投资趋势的报告 [3]，截至2022年，全球分布式能源的累计装机容量为758.9 Gw，新增装机容量为 100.2 GW。

2016年至2022年的分布式能源投资显著增加。2022年，全球分布式能源投资约为1009亿美元。亚太地区，以中国为代表，目前是全球最大的分布式能源投资市场。一个国家的能源利用率越高，环境保护越好，就越能促进分布式能源技术的应用。

微电网正朝着“源-网-负-储”一体化运行模式发展，协调分布式能源的供需。

2019年1月，中国国家电网提出了发展智能电网的战略目标。 [4]。实施了试点项目，以推广主要由分布式新能源和新型能源储存组成的微电网。

以上海为例，2022年，上海市发展和改革委员会发布了《上海市推进重点区域、园区等开展碳达峰碳中和试点示范建设的实施方案》 [5]，明确了使用低碳和零碳能源。它特别指出了以分布式新能源和新型能源储存为形式的微电网的发展，以及“源网荷储”一体化的试点运营模式。

“源网荷储”是一种新型的电力运行模式，包括电源、电网、负载和能量储存。电源包括各种新型能源，而负载（储能）包括家庭、工业、商业、能源储存和微电网系统。这个集成的微电网可以自我控制、监控和保护，并管理能源，实现电力平衡、系统优化、故障检测、质量保护和低碳减排，是一套完整的新能源系统。 [6]。

过去，电网系统调节主要采用“跟随负荷”的模式。当电力需求突然增加时，一旦供电侧的发电能力不足，供需失衡将发生，严重影响电网的安全运行。“源-网-负-储”可以促进供需双方的精确匹配，最大限度地利用清洁能源，有效解决清洁能源消纳和由此产生的电网波动问题，提高电力系统的整体效率。 [7]。

AI优化电网运营，物联网赋能智慧能源管理系统

目前，微电网的应用场景主要集中在三个领域：公共设施、工业和商业园区以及当地社区。地理分布广泛且分散，数量众多，这增加了对设备远程监控和维护的需求。

最先进的分布式能源网络通过采用智能监控、网络化群控和远程控制技术实现现场无人操作。它还依赖于下一代能源社会服务系统，该系统主要由能源服务公司组成，以进行专业运营和管理，以确保安全和可靠的服务。

在人工智能、物联网、云计算和许多新技术的影响下，微电网可以利用技术能力为诊断、控制、输送和使用创造智慧能源系统。成熟、智能的微电网系统由分布式光伏发电系统、储能系统、运维管理系统和电力传输系统组成。凭借智慧能源管理平台的支持，它为整个用电区域提供能源供应、运营、维护以及增值服务。智能微电网可以实现以下功能：

远程电表读数：监控和分析数据，对异常信息发出警告。
智能远程运维利用无线通信、边缘计算和大数据分析来提高运维效率并减少故障损失。
安全用电管理实时收集电路和设备的数据，包括温度、过载、过压、欠压和漏电。及时提供警告和维护，确保人员和财产的安全，并提供安全分析报告。

作为能源互联网运营商，天津安捷物联科技股份有限公司（安捷） [8] 为客户提供涵盖能源和设备管理的管理平台，每年减少近一百万吨的碳排放量，并降低能源运营成本 50%。此外，它可以节省 20% 的能源成本，并且可以节省20%的新项目投资，从而显著提高能源效率。此外，安捷可以通过能源规划、能源使用、安全控制和能源管理等一系列计划，实现更高的能源安全管理效率和更低的能源成本，为客户提供服务。

随着电力交易在新能源领域的普及，能源管理系统正在从电力管理转向交易管理。功率预测准确性和交易能力现在至关重要。能源管理系统还必须快速识别系统故障，并进行详细的模拟测试，以确保安全稳定的运行。随着国内碳交易市场逐渐完善，中国核证自愿减排量 (CCER) 的恢复国家倡议 [9]，可以预见，能源管理系统的未来将朝着能源碳协同管理平台发展。将引入和建立机制，包括绿色电力、认证和碳交易，以扩大利润渠道和清洁能源使用。

虚拟电厂与微电网：区别和未来趋势

日本被广泛认为是在经济发展、资源消耗和环境保护方面的先驱者。然而，福岛核事故暴露了大规模集中供电的脆弱性。因此，日本决定建造新一代的发电系统和综合能源管理，转变为以可再生能源和能量储存为代表的小型分布式能源系统。然而，动态优化分布式电源的组合，同时保持供需的实时平衡是一个重大挑战。在能源互联网的影响下，需求响应（DR）和虚拟电厂（VPP）在日本电力市场变得流行起来。它们可以减少基础负荷和峰值负荷，弥补因核电站关闭而导致的电力供应短缺，补充多能源融合，减少火力发电的峰值调节需求，提高可再生能源利用率，并优化不同电源输出的电网配置，最终促进电网智能化。

就构成架构、运行逻辑、核心技术和低碳运营而言，虚拟电厂与微电网有着显著的不同。虚拟电厂本质上不是发电厂，而是经过智慧能源控制转型的负载侧用户。它们可以是商业建筑或工厂生产线。建筑和工厂上安装的智能终端可以在线监测电力需求，自动调整电力负载，并实现分布式资源的协调控制。

在商业建筑的情况下，当电网发布负荷减少指令时，智能终端可以灵活调整空调、电梯、储能和三联发电机组的运行模式，从而在不影响用户体验的情况下减少电力负荷。这样一来，建筑物就变成了一个向电网输送电力的“发电厂”。

虚拟电厂中包括多个参与方：发电公司、政府机构、电力交易中心、电网公司（调度中心）、能源用户、综合服务供应商等。 [10]。与微电网相比，虚拟电厂的运营规模更大，可以跨地区进行调度。简而言之，虚拟电厂可以整合各种资源参与交易和运营，提高电力系统的经济性和可靠性，促进可再生能源的效率，实现更好的低碳运营。

未来，虚拟电厂将通过整合包括政府、电网企业和用户在内的各方参与者的市场机制，实现更广泛的应用。

参考资料