海外视点：微电网形式前瞻

电力18讯：    
　　微电网是由多种分布式电源、储能系统、能量转换装置、负荷以及监控保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的独立自治系统。

　　凭借运行控制和能量管理等关键技术，微电网可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，提高供电可靠性和电能质量。将分布式电源以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。微电网作为配电网和分布式电源的纽带，使得配电网不必直接面对种类不同、归属不同、数量庞大、分散接入的（甚至是间歇性的）分布式电源。国际电工委员会（IEC）在《2010―2030 应对能源挑战白皮书》中明确将微电网技术列为未来能源链的关键技术之一。

　　示范工程是微电网相关技术及研究成果的集中验证和展示，对微电网的研究和应用均具有重要意义。目前全球规划、在建及投入运行的微电网示范工程超过400个，分布在北美、欧洲、东亚、拉美、非洲等地区。本文特对主要国家和地区的微电网示范工程进行介绍。

　　美国

　　美国在世界微电网的研究和实践中居于领先地位，拥有全球最多的微电网示范工程，数量超过 200 个，占全球微电网数量的 50% 左右。美国微电网示范工程地域分布广泛、投资主体多元、结构组成多样、应用场景丰富，主要用于集成可再生分布式能源、提高供电可靠性及作为一个可控单元为电网提供支持服务。

　　美国能源部对推进美国微电网的研究和发展起到了重要作用，其资助的微电网示范工程亦具有重要的典型意义。美国能源部于 2009 年启动了可再生能源与分布式系统集成项目（renewable anddistributed systems integration，RDSI），于 5 年内投资 5500 万美元在 8 个州建设 9 个微电网示范工程项目，旨在通过集成分布式能源降低电力系统的峰值负荷。该项目通过对微电网内部的分布式能源进行集成管理，至少能够降低 15% 的配电馈线或变电站峰值负荷，从而减少大约 25% 的配电设备容量和 10% 的发电设备容量。

　　除了民用领域，美国的微电网示范工程还拓展到了军用领域。美国国防部与能源部、国土安全部合作，从 2011 年开始，总计投入 3850 万美元开展“蜘蛛”示范工程――面向能源、可靠性和安全性的智能电力设施示范工程（smart power infrastructure demonstration for energy， reliability andsecurity，SPIDERS），在 3 个美军基地（珍珠港―西肯联合基地、卡森堡基地和史密斯基地）分别建设3个微电网示范工程，以支持基地的关键负荷。这 3 个基地微电网的规模和复杂程度递增，目标是通过示范工程总结出适用于军事基地应用的微电网标准和模板。

　　此外，近年来美国极端灾害天气频发，为此美国政府于 2013 年发起总值 1500 万美元的微电网资助贷款试点计划（micro-grid grant and loan pilot program），资助全美 27 个微电网示范工程的除设备采购外的设计、互联及其他工程费用，以防范飓风等极端灾害天气对电力供应带来的负面影响。

　　欧洲

　　欧洲重视可再生清洁能源的发展，是开展微电网研究和示范工程较早的地区，1998 年就开始对微电网开展系统的研发活动。欧盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列关于发展分布式发电和微电网技术的研究项目，组织众多高校和企业，针对分布式能源集成、微电网接入配电网的协调控制策略、经济调度措施、能量管理方案、继电保护技术，以及微电网对电网的影响等内容开展重点研究，目前已形成包含分布式发电和微电网控制、运行、保护、安全及通信等基本理论体系，相继建设了一批微电网示范工程，例如希腊基斯诺斯岛微电网示范工程、德国曼海姆微电网示范工程、丹麦法罗群岛微电网示范工程、英国埃格岛微电网示范工程等。

　　日本

　　日本是亚洲研究和建设微电网较早的国家，自 2003年开始，日本新能源与工业技术发展组织（New Energy and Industrial Technology Development Organization， NEDO）就协调高校、科研机构和企业先后在八户市、爱知县、京都市和仙台市等地区建设了微电网示范工程，研究、验证了一批微电网关键技术，为后续微电网发展和建设奠定了良好的基础。

　　日本拥有全球最多的海岛独立电网，因此发展集成可再生能源的海岛微电网，替代成本高昂、污染严重的内燃机发电是日本微电网发展的重要方向和特点。日本经济产业省资源能源厅于 2009 年启动了岛屿新能源独立电网实证项目，通过提供政府财政补贴，委托九州电力公司和冲绳电力公司在鹿儿岛县和冲绳县地区的 10 个海岛上完成了海岛独立电网示范工程的建设，包括由东芝集团负责建设的宫古岛大型海岛电网和由富士电机株式会社负责建设的 9 个中小型海岛微电网。

　　日本地震、台风、海啸等自然灾害频发，因此提升电力供应在自然灾害下的可靠性是日本微电网发展的另一个重要方向和特点。2011 年，东日本大地震及其诱发的海啸造成了福岛第一核电站 1~4 号机组发生核泄漏事故，并引发了严重的大范围停电。震灾期间，东京电力公司辖区损失电力供应 22GW，约占其峰值负荷的37%；东北电力公司辖区损失电力供应 7.5GW，约占其峰值负荷的 50%。然而仙台市微电网经受住了灾害的考验，在大电网失电、独立运行的 60 余个小时内通过储能设备和燃气发电实现了关键负荷的不间断供电，有力保障了微电网内医疗护理设备、实验室服务器等关键设备的正常运行。灾害过后，日本更加重视微电网的研究和建设，以提高其电力供应的抗灾害能力及弥补核电关停造成的电力缺口。

　　拉丁美洲、非洲及加拿大等地

　　尽管具体情况各不相同，拉丁美洲、非洲及加拿大等地微电网发展的一大共同点就在于解决边远地区的供电问题。拉丁美洲的一些国家电气化率不高（例如海地的电气化率低于 40%），拥有大量缺电人口（例如海地的缺电人口高达近 600 万，巴西、哥伦比亚、墨西哥、尼加拉瓜和秘鲁的缺电人口均在 200 万以上），微电网是解决其缺电问题的重要技术方案。此外，巴西亚马逊流域、智利等地区现有大量独立供电系统，主要依靠柴油发电，未来集成可再生能源的微电网亦是重要的清洁能源替代方案。目前巴西、智利、墨西哥、哥伦比亚等拉丁美洲国家已有一些微电网示范工程正在建设或投入运行。

　　非洲缺电情况相较拉丁美洲更为严重：非洲缺电人口超过 5 亿 5 千万，超过总人口比例的60%；电气化率为 37.8%，农村电气化率更低，仅为 19%。非洲乡村人口密度低、负荷小、远离大电网，扩展输配电网络的成本很高，因此发展独立微电网、利用本地能源为缺电人口供电是很有潜力的解决方案。目前已有一些微电网工程，例如塞内加尔 Diakha Madina 微电网、摩洛哥Akkan 微电网等。

　　加拿大共有292 个边远地区独立电网，其中 175 个地区使用柴油发电。在使用柴油发电的地区中，有 138个地区完全依赖柴油发电。考虑到柴油发电的成本和环境问题，建设利用光伏发电、风力发电、生物质能等本地可再生分布式能源的微电网是加拿大边远地区电网发展的方向。目前加拿大已在 Kasabonika、Bella Coola等许多地区开展了微电网示范工程建设，并取得了良好的效果。

　　此外，在世界许多其他国家和地区，微电网亦是解决边远地区供电问题的重要方案。此类微电网示范工程如下：印度北方邦的 Rampura 乡村微电网、Sunderbans Delta 乡村微电网、美国阿拉斯加科迪亚克微电网、丹麦法罗群岛微电网、澳大利亚珊瑚湾微电网、西班牙加那利群岛中耶罗岛的微电网等。

　　其他国家和地区

　　世界上还有许多其他国家和地区开展微电网相关研究和示范工程建设，例如韩国济州岛示范工程、印尼电信产业微电网工程、澳大利亚珀斯等地的 9 个微电网示范工程、泰国 Kohjig 等地的 7 个微电网示范工程、南非罗本岛微电网示范工程、香港晨曦岛微电网示范工程等。越来越多的国家和地区加入到微电网的研发和应用中，根据具体国情和实际需求建设各具特点的微电网示范工程。