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分享微电网在全球能源转型中的重要作用
电力系统是人类历史上规模最大的系统之一,由各种发电设备和输配电设施组成,让我们能够过上现代化的生活。在这些设备和广阔的互联网络背后,系统运营商确保着我们每一秒的用电需求都得到满足。在当今世界,无论国家大小,稳定的电力供应都是经济发展和人们日常生活的最基本保障。虽然暂时性的停电对家庭生活只会带来些许不便,但对于医院和军事基地等关键设施而言,断电很可能会造成重要服务或军事任务的中断,继而危及人类生命安全。为本地需求提供电力的小型网络——微电网,是规避这一风险的有效途径之一。
目前在全球有数以百计的微电网正在运行,并且它们的数量仍在增长。在包括并网型和独立型系统的各种微电网配置实践中,我们可以有机会洞察微电网整合高比例波动的可再生能源的能力。
近年来,太阳能和风能发电成本大幅下降,这意味着太阳能和风能发电已经具备了与传统化石燃料发电技术相当的成本竞争力。这也使得微电网能够在完成稳定电力供应这一主要任务的同时,以经济可行的方式实现清洁能源目标。
微电网可以与更大的电网相连接;而在大规模断电事故发生时,微电网可以中断与主要电网的连接并继续独立运行,保证其服务区域内家用和商用的电力供应。可靠性更高、更具可持续性以及更低的成本,这些优势使得并网型微电网采用率不断提高,同时也在促进独立型微电网的转型,比如岛屿电网。岛屿上的电力系统与大型电力网络相隔离,因此无法依靠大型电网提供供电可靠性和电力质量监管,而必须时刻独立保证自身电力供应。
加勒比地区岛屿,包括与克林顿气候计划(CCI)及落基山研究所-碳作战室(RMI-CWR)的岛屿能源计划的合作伙伴,是独立型微电网的典型代表。多年来,这些岛屿的传统电网都依赖于集中式柴油发电技术为居民与商业供电。但这一情况正在发生改变。现如今,许多独立型微电网都积极开展能源转型,开始充分利用电厂级和分布式可再生能源以及能效技术。
岛屿微电网转型
发展中的岛屿小国在2016年巴黎缔约国大会上展现了鼓舞人心的领导力,并且正在积极落实电力系统转型,充分利用本地的可再生能源。太阳能光伏(PV)、风力发电以及储能技术,能够帮助独立型微电网履行国际气候承诺,提高能源独立性,降低碳排放。例如,圣卢西亚的第一个可再生能源电厂项目正在建设当中;待这一规模3兆瓦(MW)的太阳能光伏项目完工并投入使用,能够实现每年二氧化碳减排4千吨,同时提供足够当地3千户家庭使用的清洁电能。
随着微电网中波动的可再生能源比例的增加,为保证系统的稳定运行需要更精密复杂的控制技术。以岛屿为例,整个国家(及其经济)都依靠于唯一的电网。电网工程师和运行人员肩负着维持独立型微电网稳定运行的重要任务,因为这会影响到整个国家的运转。巴巴多斯光电有限公司运营工程师Charmaine Gill-Evans解释说:“对于岛屿电网而言,大部分经济部门需要依靠于稳定可靠的电力供应来保证高效的产品生产和及时的服务供应。可再生能源具有波动性,其应用比例的提高增加了电网管理的复杂程度,但这一难题并非无法克服,可以通过严谨细致的研究和实践得以解决。”
共同的的挑战与机遇
虽然并网型和独立型微电网明显不同(即是否与大型电网连接),但它们也有许多共同点。这些共性使得各类微电网的项目经验能够互相借鉴,加速各类微电网学习曲线的上升势头。并网型微电网的优势是在正常运行时段可以依靠大型电网作为后备;同时,它们与独立型微电网所应用的技术相似,并面临着类似的挑战——如何保证可靠、可持续且低成本的电力供应。在并网型和独立型微电网的设计过程中,如何在波动性和稳定性能源之间保持正确的平衡是一大主要挑战。此外,另一个难题是如何在降低成本和建设大规模备用能源以保证可靠性之间找到经济平衡。
和岛屿电网一样,传统的并网型微电网也较大程度依赖于各种化石燃料发电技术,尤其是柴油发电。它们的后备系统也常常以燃气发电、燃料电池和热电联产(CHP)技术为主。随着可再生能源技术成本的稳定下降,以及分布式能源(DER)的价值得到越来越多的认识、管理与肯定,并网型微电网碳排放强度越来越低,同时发电来源越来越丰富。并网型微电网的另一个难题是需要为两种主要运行模式分别设计控制系统。例如,加州大学圣地亚哥分校微电网就已成功证明了在连接大型电网和与其隔离时都可正常运行。
各种规模电网共同的机遇
由于独立型和并网型微电网具有类似的目标、技术与挑战,两种微电网的设计者与运营商有机会充分交流,互相学习最佳实践经验。考虑到并网型或独立型微电网断电的严重后果,对微电网构架设计、发电来源选择、集成及控制必须经过非常仔细地研究。此外,电网运营商正在寻求创新而又经过验证的解决方案,并且已开始尝试应用新的运营方式,包括更贴近用户的协调工作等。考虑到电网拥有者与运营商必须评估的多方面问题,以及微电网所能提供的种种机遇,可以预见,微电网能够在全球电力系统转型中起到重要的指引作用。为了加速向成本更低、更可靠、更具可持续性微电网的转型,我们有必要积极推进解决方案的共享。加勒比电力事业服务公司(CARILEC)可再生能源社区(CAREC)就是这样一个供加勒比地区能源专业人士互相联络、合作和共同创新的组织。
发达国家历来有着引领创新、科技进步和(电网)运营最佳实践的传统。但在发展微电网的过程中,岛屿国家尤其能够引领能源转型并分享经验。在意识到安全稳定的电力供应是电网健康和国家经济的重要基础,以及对外部的能源依赖的种种弊端后,各岛屿国家政府和电力公司如今正要抓紧这一难得的机遇发展和优化可再生能源微电网系统。
作者Siana Teelucksingh,克林顿气候行动岛屿能源计划项目经理。
RMI-CWR的岛屿能源计划得到了全球环境基金与联合国开发计划署的大力支持。同时CCI的工作得到了挪威政府援助基金的支持。
作者:Kaitlyn Bunker,落基山研究所项目总监;Siana Teelucksin,克林顿气候行动岛屿能源计划项目经理
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