建设新能源微网 加速能源绿色转型
——访全球能源互联网发展合作组织高级工程师杨成、薛浩岩
随着可再生能源装机的快速增加，其带来的并网难、消纳难、长距离传输能效低、损耗大、设备利用率低、系统增容投资边际效率差等挑战越来越大。为了实现风、光、生物质等多种可再生能源的充分消纳，构建智慧型能源综合利用局域网，提高能源综合利用效率，构建新型电力系统，新能源微网的作用日益凸显。那么，什么是新能源微网？其对构建新型电力系统有何重要作用？新能源微网适用于哪些场景？就此，中能传媒记者采访了全球能源互联网发展合作组织高级工程师杨成、薛浩岩。
中能传媒：请问什么是新能源微网？其与公共电网有何区别？
杨成：新能源微网是实现能源互联网的具体方式之一，主要由清洁供能设备、能源网络、能源转换和储能设备耦合组成，可以对区域内电、热、冷、气等多类型能源进行高效集成与多能互补，实现对多种能源的转换、传输、存储、分配及利用。根据系统运行方式，新能源微网可以分为并网型和孤岛型两种。
并网型新能源微网一般与公共电网的配电部分相连，采用“自发用电、余量上网、电网互济”的运行方式，可与外部电网互为支撑，实现能量双向交互。新能源微网接入公共电网的接入点称之为PCC点，以此点作为与公共电网进行功率交换和结算的分界点。当外部电网发生故障时，通过先进控制技术和控制策略，并网型新能源微网可以切换为孤岛运行模式，继续为微网内部重要负荷供能。
孤岛型新能源微网通常与公共电网断联，不能与外部电网进行能量交互，因此，其内部分布式新能源多配置储能设备，以保持“源荷”之间的功率平衡，并优化新能源利用，此类型微网适用于为海岛及偏远地区用户供能。
中能传媒：新能源微网在构建新型电力系统过程中扮演着怎样的角色？有何重要作用？
薛浩岩：新能源微网近用户侧建设，集成风、光等多类型清洁可再生能源，耦合多种分布式能源设备，是“源网荷储”一体化的清洁供能系统，其作为大电网在末端的进一步延伸，运行特性相对独立，具备接纳较高比例新能源的能力。因此，新能源微电网能够帮助实现可再生能源的充分利用，改善能源结构，通过可再生能源发电、储能及用能综合控制，能够实现不同能源品类之间的多能协同、互补互济和梯级利用，是充分消纳可再生能源、提高可再生能源在能源总消耗中的占比、降低化石能源消耗、提高能源安全、减少碳排放和环境污染的重要选择之一，也是构建新型电力系统的重要补充。
同时，新能源微网能够提高设备利用率，通过内部调节实现与公共电网能量交换可调可控，是公共电网的可调度负荷。新能源微电网响应公共电网调控，辅助平滑负荷曲线，降低电网设备备用容量，提高设备利用率，延缓电网增容投资。
新能源微电网具有即插即用、扩容方便的特点，不同于公共电网的“适度超前”规划建设原则，一般按当前需求，当期规划、当期建设，节约投资，设备利用率高。
中能传媒：请谈谈新能源微网都由哪些系统构成？涉及何种前沿技术？
杨成：新能源微网一般由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷和控制系统构成。分布式电源是以新能源为主的多种能源形式，如光伏、风电、水电、地热能、燃料电池、电动汽车电池等；也可以是以电、热、冷、气联产形式存在，就地向用户供能，提高分布式电源利用效率和灵活性。储能装置可采用多种技术方式，包括物理储能、电化学储能、电磁储能等，主要用于分布式电源的能量存储、负荷削峰填谷、微网黑启动等。在负荷方面，根据不同用电特性，微网中的负荷可分为重要负荷、可转移负荷、电动汽车充电负荷、可中断负荷和其他负荷。另外，微网控制系统可以实现分布式电源控制、储能控制、并离网切换控制、微电网实时控制、微电网能量管理等。
总体而言，新能源微网中的分布式电源多样性及微网运行方式复杂性使得微网有别于传统电力系统，关键技术涉及以下四个方面：
一是规划设计。在对可再生能源和负荷需求情况进行分析预测的基础上，根据特定的目标和约束条件，确定系统结构及设备配置，实现系统经济性、环保性及能源利用效率等量化指标最优化。
二是运行优化。新能源微网的运行策略由能量管理系统根据分布式电源出力、微网内能源需求、市场信息等数据制定，通过对分布式电源、储能设备和负荷的灵活调度来实现系统的优化运行。
三是系统保护。新能源微网存在外部和内部两种故障情况。其中，内部故障在并网和孤岛运行模式下，所呈现的故障特性及其相关保护方法存在不同，与微网内分布式电源的控制方式紧密相关。
四是仿真分析。计算机仿真是对新能源微网开展规划设计、优化运行和保护控制研究的重要手段之一。由于微网中不同设备及其控制系统之间的时间常数差异较大，相应技术应具备全过程仿真能力，能够分析微网中微秒级电磁暂态、毫秒级机电暂态、秒级到分钟级中长期动态和系统稳态运行过程。
中能传媒：新能源微网有何优势？能带来什么样的收益？
薛浩岩：新能源微网能够满足电、热、冷、气等多种能源需求，集成分布式电源，能够实现多种异质能源协同规划、灵活运行、互补互济，具有以下优势和特点：
一是广泛融合。基于“生产—传输—转换—存储—消费”全产业链一体化的理念，新能源微网可以提供多元化的能源产品，满足电、热、冷、气多能需求，实现产业链各利益方广泛融合。
二是统筹协调。新能源微网以先进技术为依托，着力于能源生产、多能转换、传输调配、能源消费全过程，通过多类型能源之间统筹协调，保障安全和可靠的能源供应，满足各利益相关方的用能需求。
三是绿色环保。新能源微网通过整合以新能源为主的分布式电源，能够降低传统化石能源消耗，提升新能源消纳能力，实现碳减排。
四是经济高效。新能源微网通过若干子系统之间的互补互济，提升了系统整体灵活性，能够在技术和经济性之间达到最优平衡状态，降低运营成本，提升资产及投资利用率。
中能传媒：当前，建设新能源微网还存在哪些困难和挑战？
薛浩岩：新能源微网在短期内的发展也存在一定困难和挑战，以内因和外因为主。从内因来看，限制来自新能源微网的自身技术和底层设备功能。从外因来看，与新能源微网相配套的电力系统政策存在一定的滞后性。
首先，新能源微网相关专业理论和技术基础还需要持续发展。以精确高效的多能互补及设备控制为例，需要采用先进数学模型实现高精度发电、负荷预测，此类预测需要考虑环境、经济、系统状态、历史工况、运行目标等多重复杂因素，以此为基础提出新能源微网资产和用能效率最优解。
其次，新能源微网内部分布式电源及其储能设备的可行性和经济性也是制约其快速发展的重要因素。此外，新能源微网在多类型能源设备之间进行协同和整合方面还需要进一步建立并完善相关专业标准。
中能传媒：新能源微网适用于哪些场景？您对未来新能源微网的发展前景如何看待？
杨成：根据新能源微电网的特点，其应用场景一般可以分为海岛新能源微网、城市新能源微网和农村新能源微网。
海岛新能源微网通常与大电网断联，可因地制宜利用当地自然资源，多种能源可在不同季节、不同时段协同运行、互补互济，满足离岸海岛居民生活和工农业用能需求。城市新能源微网主要用于满足居民社区、智能楼宇、工业及产业园等用户的多种用能需求，运行方式可在并网和孤岛模式之间灵活切换，当大电网故障时，微网运行在孤岛模式，以保障区内重要用户用能需求；当并网运行时，微网可通过需求侧响应等方式获得额外经济效益。农村新能源微网通常用于满足农村地区能源需求，除采用风、光等清洁能源，根据农村地区实际情况，系统可以耦合秸秆、沼气等生物质能源，服务农村居民社区、农村产业园等用户用能需求，有效提高农村地区资源利用率。
