如今，微電網(wǎng)和儲能行業(yè)的發(fā)展前景日益廣闊。日益增長的網(wǎng)絡(luò)安全威脅和頻繁的自然災(zāi)害給電力系統(tǒng)帶來了更大的風(fēng)險，這使得微電網(wǎng)解決方案成為客戶和公用事業(yè)公司改進電力供應(yīng)的理想基礎(chǔ)設(shè)施。
然而有時候，“微電網(wǎng)”與“儲能”的術(shù)語可以互換使用。這意味著儲能系統(tǒng)可以提供備用電能，而人們認識到微電網(wǎng)和儲能不是同一件事是很重要的。
儲能系統(tǒng)對微電網(wǎng)來說無疑是必不可少的因素。儲能系統(tǒng)是一種靈活的多功能分布式能源，可為微電網(wǎng)提供顯著的效益。然而，單獨部署儲能系統(tǒng)并不會構(gòu)成微電網(wǎng)，并且在很多情況下，微電網(wǎng)也可以在沒有部署儲能系統(tǒng)的情況下進行設(shè)計和實施。
由于增加儲能資源會為微電網(wǎng)項目帶來額外的資本投資，因此客戶必須確定其彈性和能源安全目標(biāo)，并與能源解決方案合作伙伴開展合作以實現(xiàn)這些目標(biāo)。其合作伙伴應(yīng)該是獨立運營的，能夠提供最好的解決方案組合，擁有豐富的節(jié)能經(jīng)驗，并最大程度地提高成本效益，并具有發(fā)電、控制和儲能方面的專業(yè)知識，可以有效地開發(fā)、設(shè)計和實施成功的能源安全解決方案。
微電網(wǎng)的彈性范圍
重要的是要定義什么樣的微電網(wǎng)，這對于回答儲能系統(tǒng)對其設(shè)計的重要性的問題很重要。
在電網(wǎng)中斷時，微電網(wǎng)為用戶提供備用電源，并以安全可靠的方式獨立服務(wù)于現(xiàn)場的電力負荷。這種斷開狀態(tài)通常被稱為“孤島”，因為它實際上是一個小型動力系統(tǒng)，可以滿足用戶的需求，而無需將電力傳入或傳出孤島。如果一個站點的負載不能由現(xiàn)場發(fā)電服務(wù)，那么需要優(yōu)先考慮為那些被認為對站點運營至關(guān)重要的負載提供電源。
Ameresco公司推出的一種微電網(wǎng)有效設(shè)計方法的核心功能包括：節(jié)能、分布式發(fā)電、微電網(wǎng)控制，并在一定程度上儲存電能。這種以效率為中心的方法確保了微電網(wǎng)系統(tǒng)針對效率進行優(yōu)化，以最大限度地減少能源的浪費，并將大部分成本有效地投資于新一代儲能和控制設(shè)備。
三個主要問題有助于對微電網(wǎng)的彈性進行說明，這些彈性開始確定這些核心功能在多大程度上都是必需的。首先，用戶需要多久才能完成從并網(wǎng)狀態(tài)到孤島狀態(tài)的轉(zhuǎn)變？其次，站點總負載中有多少是關(guān)鍵負載？第三，客戶期望服務(wù)于這些關(guān)鍵負載（例如幾分鐘或幾周）時間有多長？
圖中所示的微電網(wǎng)彈性范圍從沒有彈性到完全具有彈性，并且可以實現(xiàn)從連接到電網(wǎng)的實際無縫過渡。沒有部署微電網(wǎng)的客戶（例如住宅用戶）在電網(wǎng)中斷期間將會完全中斷。一旦電力公司診斷并解決了電網(wǎng)中斷或故障，其電力才會恢復(fù)正常。
其次，配備現(xiàn)場緊急備用發(fā)電和轉(zhuǎn)換開關(guān)的客戶可以部分恢復(fù)電力，因為他們的一些或全部負載可以根據(jù)發(fā)電機功率的大小來提供服務(wù)。其電力供應(yīng)將會暫時中斷，直到備用發(fā)電機可以為負載提供持續(xù)的電力。在這種情況下，一些特別關(guān)鍵的負載（例如計算機或數(shù)據(jù)服務(wù)器）可能將采用不間斷電源（UPS）提供的備用電源，以在有限的時間內(nèi)為特定關(guān)鍵負載提供電能。許多辦公樓就是這種場景的例子。
對于某些客戶來說，電力供應(yīng)的中斷對企業(yè)關(guān)鍵運營構(gòu)成重大風(fēng)險，或者生產(chǎn)力下降，產(chǎn)品的產(chǎn)量下降，大學(xué)或?qū)嶒炇噎h(huán)境下的研究中斷，或其他價值損失等形式造成顯著的經(jīng)濟損失。這就需要在電網(wǎng)受到干擾的期間不間斷地過渡到獨立的孤島運行，這意味著客戶設(shè)施內(nèi)的某些負載的電力根本不會中斷。
雖然具有不間斷電源的過渡（圖中右半部分所示）對許多客戶來說可能是需要的，但這種能力會增加微電網(wǎng)的復(fù)雜性和成本。為了實現(xiàn)不間斷地向孤島運行的過渡，并且不會影響供電的連續(xù)性，保護性電氣控制設(shè)備必須安全，并且立即將現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備與不穩(wěn)定的電力設(shè)施之間的連接進行隔離，并且緊急發(fā)電設(shè)備必須立即為負載提供服務(wù)，在電網(wǎng)發(fā)生干擾和中斷時，可以提供現(xiàn)場發(fā)電，例如熱電聯(lián)供為負荷提供電力，并且采用微電網(wǎng)控制措施，能夠識別并迅速對電力干擾和中斷做出反應(yīng)，則可以實現(xiàn)這一目標(biāo)。
關(guān)于成功不間斷地過渡到孤島運營的關(guān)鍵決定是，是否有足夠的發(fā)電量來為該場地的關(guān)鍵負荷提供服務(wù)，或者是否需要減少（關(guān)閉）較少的關(guān)鍵負荷以匹配可用的發(fā)電量。微電網(wǎng)控制措施可能需要迅速進行，以維持現(xiàn)場柴油發(fā)電機的穩(wěn)定性，并維持電力供應(yīng)的連續(xù)性。
為了實現(xiàn)在電網(wǎng)和現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備之間不間斷轉(zhuǎn)換，具有完全彈性的微電網(wǎng)，如最右端的彈性范圍，需要有足夠的柴油發(fā)電機來滿足所有現(xiàn)場負載要求。在發(fā)生停電時以及連續(xù)數(shù)小時或數(shù)天時間之前，這必須實施，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常。即使在這種情況下，也可考慮使用微電網(wǎng)控制，以便響應(yīng)意外情況，如柴油發(fā)電機故障或負載水平發(fā)生意外變化。
微電網(wǎng)為電力用戶提供安全斷開電網(wǎng)的能力
如果有足夠的發(fā)電量或計劃實施，并且適當(dāng)?shù)奈㈦娋W(wǎng)控制和適當(dāng)?shù)奈㈦娋W(wǎng)控制基礎(chǔ)設(shè)施，則可以實現(xiàn)不間斷的過渡而不需要儲能。然而，向混合電網(wǎng)添加儲能系統(tǒng)可以顯著增強上述微電網(wǎng)場景。而對于沒有連續(xù)供電的備用電源的客戶而言，儲能系統(tǒng)成為微電網(wǎng)架構(gòu)的一個非常重要的方面。
微電網(wǎng)解決方案中儲能系統(tǒng)的作用
現(xiàn)代儲能系統(tǒng)的獨特之處在于它們的響應(yīng)速度非?？?，既可以產(chǎn)生電能，又可以吸收電能，并且在某些情況下可以調(diào)節(jié)配電系統(tǒng)中的實際和無功電源質(zhì)量。這些功能使儲能系統(tǒng)能夠服務(wù)于微電網(wǎng)內(nèi)的各種角色，例如客戶需要不間斷的孤島電源，不需要現(xiàn)場發(fā)電，或需要補充其配電系統(tǒng)中存在的現(xiàn)場發(fā)電。以下了解一下儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)的兩個截然不同的運行階段中扮演的角色：同時進行從并網(wǎng)運行到孤島運行的轉(zhuǎn)變，或者繼續(xù)孤島運行。
有效地實現(xiàn)向孤島運作的過渡需要大量的協(xié)調(diào)和非常快速的控制行動，以毫秒為單位。在此期間，經(jīng)過商業(yè)驗證的電池儲能系統(tǒng)（如鋰離子電池）的高功率和快速響應(yīng)能力，可用于在有限的時間內(nèi)為微電網(wǎng)提供有效的瞬時功率，提供電網(wǎng)中斷期間的電力，直到現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備能夠在長時間為大部分負荷提供服務(wù)。如果沒有配備備用柴油發(fā)電機，微電網(wǎng)只能維持到儲能容量耗盡，其維持時間通常為15分鐘到幾個小時。在電網(wǎng)供應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩⒐聧u供電的過程中，一些儲能逆變器能夠調(diào)節(jié)孤島供電系統(tǒng)內(nèi)的電壓和頻率，維持孤島電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。這個功能通常在電網(wǎng)正常運行時或通過柴油發(fā)電機來滿足，但如果設(shè)計得當(dāng)，則可以通過儲能系統(tǒng)來實現(xiàn)。
一旦轉(zhuǎn)換到孤島運行完成后，儲能系統(tǒng)的作用就會從短時間響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽畲笙薅鹊匮娱L微電網(wǎng)的工作持續(xù)時間。儲能系統(tǒng)的充放電能力創(chuàng)造了一種可調(diào)度的資源，可以遵循微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的指令來提供額外的發(fā)電量，或者通過電力需求來平衡現(xiàn)場發(fā)電的供應(yīng)。同樣，由于當(dāng)?shù)纳逃脙δ芟到y(tǒng)的容量通常只能提供四個小時的后備電源，所以儲能系統(tǒng)連續(xù)支持微電網(wǎng)的能力是有限的，除非通過現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備充電。因此采用沒有發(fā)電設(shè)備的儲能系統(tǒng)會對需要長時間關(guān)鍵電源的設(shè)備運營連續(xù)性帶來風(fēng)險。
來自現(xiàn)場發(fā)電的觀點
以Ameresco公司的微電網(wǎng)和儲能項目為例，用于說明微電網(wǎng)中儲能系統(tǒng)的不同作用。 Ameresco公司的能源安全方法主要建立在開發(fā)、設(shè)計和實施適合客戶特定場地需求和條件的解決方案上。這對于為客戶提供具有成本效益和技術(shù)能力的解決方案至關(guān)重要，因為微電網(wǎng)和儲能系統(tǒng)并非是一種萬能的概念。
Ameresco展示了其在英國樸茨茅斯海軍造船廠實施微電網(wǎng)解決方案而無需儲能的案例。該項目通過英國國防部ESTCP計劃資助，通過使用新的微電網(wǎng)控制對現(xiàn)有的熱電聯(lián)產(chǎn)和柴油發(fā)電（DG）設(shè)備進行補充，使該項目從電網(wǎng)向孤島運營過渡。
在實施之前，該現(xiàn)場的現(xiàn)有發(fā)電資產(chǎn)包括兩臺燃氣輪機和兩臺應(yīng)急柴油發(fā)電機組。然而，該地點的電力需求常常高于這些備用電源的容量。在正常運行期間，這個站點從電力公司購買電力以服務(wù)其現(xiàn)場發(fā)電所支持的負載。而在項目實施前，電網(wǎng)中斷或負荷超載時的電力中斷導(dǎo)致現(xiàn)場發(fā)生全面停電，而現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備不能承擔(dān)全部負荷，備用柴油發(fā)電機通常并不能立即恢復(fù)供電。
該項目專注于采用先進的微電網(wǎng)控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以檢測即將發(fā)生的電力中斷何時到來，并且非常迅速（大約幾十毫秒）關(guān)閉整個基地的非關(guān)鍵負載，以防止更廣泛的停電。雖然大型儲能系統(tǒng)肯定會加強解決方案，但該項目顯示了儲能系統(tǒng)的部署對于有效的微電網(wǎng)并不總是一個嚴格的要求。
另一方面，Ameresco公司為美國中部地區(qū)的客戶提供了一個微電網(wǎng)解決方案。當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電不穩(wěn)，迫使其采用備用柴油發(fā)電機為其100％的電力負載提供服務(wù)。
Ameresco公司提供的方案中，采用了一個大型太陽能光伏發(fā)電陣列和一個大型電池儲能系統(tǒng)，以及一個先進的微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，從而降低這個站點的傳統(tǒng)柴油發(fā)電機的備份容量。
這些發(fā)電組合可以讓這個客戶采用電網(wǎng)的電力，因為所提供的解決方案可以緩解原有的電網(wǎng)可靠性問題。當(dāng)電網(wǎng)的電力供應(yīng)中斷時，該站點部署的儲能系統(tǒng)將承擔(dān)控制系統(tǒng)電壓和頻率的重要責(zé)任，并在太陽能發(fā)電系統(tǒng)工作的同時穩(wěn)定電源，直到備用分布式電源可以聯(lián)機供電。由于沒有電池儲能系統(tǒng)作為此解決方案的一部分，該站點無法實現(xiàn)微電網(wǎng)的不間斷過渡。
Ameresco公司已經(jīng)實施并正在開發(fā)眾多微電網(wǎng)和儲能項目，其中電池儲能系統(tǒng)為客戶提供重要的并網(wǎng)能力。其中一個例子就是在加利福尼亞州聯(lián)邦法院的項目。 Ameresco公司最近為其提供了一個750kW／ 1425Kwh的鋰離子電池儲能系統(tǒng)，以及屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)和建筑節(jié)能措施。電池儲能系統(tǒng)顯著降低了對電廠的電力需求費用和公用事業(yè)公司的峰值能耗。電力成本驅(qū)動因素促進了該解決方案的開發(fā)，而不是能源安全。
結(jié)論
部署儲能系統(tǒng)并不會構(gòu)成微電網(wǎng)，因為需要考慮產(chǎn)生和控制以滿足客戶從電網(wǎng)服務(wù)向孤島運營的轉(zhuǎn)變，并在現(xiàn)場維持預(yù)期的停電持續(xù)時間。
儲能系統(tǒng)應(yīng)被視為一種可為微電網(wǎng)帶來顯著附加效益的有價值資產(chǎn)。通過提供瞬時發(fā)電、引入吸收和釋放電力的能力，維持孤島發(fā)電系統(tǒng)的電力質(zhì)量。儲能系統(tǒng)可以作為一種粘合劑將微電網(wǎng)結(jié)合在一起，同時在正常并網(wǎng)運行期間產(chǎn)生價值。電力需求響應(yīng)速度允許儲能系統(tǒng)提供一些客戶的備用發(fā)電設(shè)備無法提供的優(yōu)勢。總之對于客戶來說，并沒有“一刀切”的解決方案?？紤]到電力彈性解決方案的用戶應(yīng)該尋求具有豐富經(jīng)驗的合作伙伴來幫助評估、設(shè)計、實施和運行一個成功的解決方案，以整合其現(xiàn)有資產(chǎn)、風(fēng)險承受能力、使命，以及成本目標(biāo)。（文章來源：中國儲能網(wǎng)）
