关于建设共享式新能源微电网系统的思考

马翔宇

（中国矿业大学，江苏 徐州 221000）

第二次工业革命的发展让人类社会发展向前迈了一大步，人类由此进入了电气时代，我们每个人的生活也与电力紧密联系起来。在现代生活中，电力让我们能够在夏季感受空调带来的凉爽、乘坐便捷的轨道交通工具和电视手机带来的影音娱乐等。也许我们每个人都已对使用电力感到习以为常，但全球仍有许多缺电地区，还有众多民众无法使用电力，电力这个让我们习以为常的能源却是他们稀缺的宝贵资源。受其他原因的限制，部分国家仍未能摆脱无电、缺电的困境。当前，新能源发电技术、微电网技术逐渐成熟，将含有新能源发电的分布式微电网系统应用于缺电地区，让更多的人使用上电力成为可能。

1 全球新能源使用情况

对于当今世界新能源发展而言，全球可再生能源种类多样，储量丰富并且发展迅速，以中国为例，预计到2020年，全国新能源发电装机容量达4.1×108kW，其中，风电2.4×108kW、太阳能发电1.5×108kW。由于经济技术与社会政治等原因，结合实际情况考虑，通过在部分缺电地区建设大规模电网而让每一户百姓使用电力是相对不实际、有困难的，但如果可以合理运用当地丰富的可再生能源资源，比如太阳能、风能、生物质能等，以部落或者村镇为单位，建设共享型分布式新能源发电微电网系统来解决部分地区的用电难问题是可以实现的。

2 分布式新能源发电微电网方案设计

2.1 应用背景分析

由于部分地区的电网发展建设速度较为缓慢，已经无法满足当今现代生活对电力的需求。依赖电网建设来为大部分居民提供电力服务时间相对较久，实施难度相对较大，投入成本高昂，再加上目前大部分缺电地区经济发展较弱，针对供电系统建设成本的经济性的考量分析是十分必要的。根据世界银行发布的电力供应状况报告中关于建设电力设施经济性选择方案分析可知，对于距离电网小于4 km的区域，如果负荷相对较大，最经济选项是架设输电线路保障供电；对于距离电网大于4 km而小于8 km的用户，如果负荷非常小，可选择太阳能家庭式系统供电，如果负荷相对较大可选择微电网或者架设输电线路供电；但对于相距电网大于8 km，负荷高于50 kW的情况，选择架设微电网是最为经济的方案。综上来看，由于大多数的缺电地区人口分布相对广泛，且远离主要城镇，乡村人口数量又相对较多，如果仅仅通过架设电力线路来保证大部分无电部落或者村落地区用电需求是不够经济的。如果在部分无电地区采用新能源发电来建设微电网或者直接建设家庭式太阳能家庭供电系统来满足人民用电需求，则具有较好的经济优势与可实现性强的特点。但是依靠单一型可再生能源作为发电源是不稳定的，仅仅安装太阳能电池板并不能较好地满足人民的基本用电需求，其供电能力受天气的影响较大。如果采用多种分布式可再生能源作为发电源，则可相对提高系统供电可靠性，较好地满足基本生活用电负荷。

2.2 供电服务方案选择

结合实际工程分析时，应根据相关典型电力缺乏地区的新能源资源分布情况、地理环境、天气因素综合分析，可考虑选择单一型新能源并网发电微电网系统设计方案、多种混合式新能源分布式并网发电微电网系统设计方案和多组合式新能源与传统能源发电并行式组网发电的微电网系统设计方案。单一型新能源并网发电方案即系统发电侧由一种可再生能源发电构成（太阳能、风能、生物质能），其具有安装简易性强、成本低、经济性好、便于大规模推广使用的特点，但可靠性差，受天气因素影响严重，可持续使用性不强，无法保证长时间稳定供电。多种混合式新能源分布式并网发电方案即系统供电侧由多种新能源分布式发电组成，对使用环境兼容性好，对当地新能源资源利用充分，并具有供电能力较强、对天气因素变化容纳性好等特点，可满足较长时间稳定供电需求。但在极端条件下和负载较大的情况下无法提供有效供电，系统设计与控制难度相对较大，成本相对于单一型方案较高。

对于多组合式新能源与传统能源发电并行式组网发电方案，该方案能够最大化利用新能源资源，节能性好，同时，在极端恶劣天气条件下，可切换燃油发电机出力，直接组网发电提供可靠供电保障，但是建设成本相对较高，可能会受到缺电地区经济条件制约。综合考虑应选择兼具节能性与稳定性优势系统设计方案，并能够较好解决偏远地区供电问题。同时，在提出不同类微电网系统设计方案的基础上，再根据经济性、系统稳定性、系统可靠性、实用性等原则，对所有可行方案进行分析修改，总结出针对不同种使用环境下，根据使用对象所处的自然条件选择相应最佳配置制定组网发电方案，即在总架构（发电侧、储能侧、逆变侧、负载侧）保持相应一致的情况下，对发电侧和储能侧制订多种配套方案，以便为使用者提供最优、经济、实用、可靠的供电服务。但在选择方案时，每一个独立架设的微电网系统都配套相应的新能源发电机组模块对于整个缺电地区而言是不经济的，并且无电地区普遍经济较弱，因此，针对经济因素考虑便显得格外重要。

2.3 结构设计

基于缺电少电地区的用电环境与用电需求相结合考虑，用户需要一种使用方便、易于维护并且建设成本相对较低的供电系统。因此，可采用共享式新能源分布式发电微电网作为系统主要架构。系统整体设计架构如图1所示，其主要由移动式共享新能源发电模块、集成储能系统、能量转换器、分布式入户供电模块所组成并包含相应监控和保护系统。该系统可用于对需求负荷较小、新能源储量丰富、离主网架偏远的地区，其运行方式为孤岛运行。本系统可增加远程监控系统，采用集中监控的方式维护各微电网运行状态，提升维护水准与控制效率。

图1 共享式新能源分布式发电微电网基本结构

2.4 共享式运行策略与经济性分析

可针对用户所在地新能源随季节的分布情况进行分析，提供全年新能源发电模块配置方案，并通过大数据分析利用不同地区的新能源储量分布随季节的变化差异而针对管辖范围内所有微电网进行合理资源配置。根据不同微电网用户的负荷需求和新能源种类以及储量，配发移动式共享发电模块，进而减少总初期投资使得资源利用最大化。本系统架构选择集中式储能系统同入户电源模块相结合，可以实现对不同的移动式新能源发电模块具有良好的兼容能力。虽然在供电能力上具有一定的不足，但考虑到部分地区的经济环境、维护成本与用电负荷，本系统基本能满足缺电少电地区的基本用电需求。同时，将共享式经济模式同新能源发电系统同微电网技术相结合，利用不同地区的能源分布随季节的变化而不同的特点（比如水利资源、风力资源随季节变化）设计通用微电网系统网架，将不同分布式新能源发电电源利用共享经济模式相互投切使用，从总体上减少了新能源发电机组装机数量，以便减少政府或公益组织的初期投资花费，较适合应用于经济情况不好的无电地区。

3 方案实施推广与未来展望

根据不同国家地区的自然条件、新能源分布情况选择相应的电源侧，如果当地太阳能资源丰富，可采用架设小型太阳能发电场作为微电网的主力电源；如果当地风力资源丰富，可建设小型风力发电机为系统提供电力保证。通过整合不同种新能源并入微电网系统发电，并结合共享经济模式应用于分布式新能源发电模块，可以降低对单一能源的依赖程度，提升供电保障能力，缩短停电时间的同时，降低一次性初期成本投资。在选择方案时，应根据村落用电负荷需求进行评估，并设计余量，以满足未来系统中负荷增加的需求。在建设资金融资方面，当地政府可投入较大资金比例，同时开放民间融资、申请国际资金援助等。通过制作宣传册、广告、网络、新闻媒体等途径在全世界广泛宣传，募集初期建设资金，为帮助更多的部分缺电地区人民摆脱用电难问题作出努力，改善当地居民生活条件。电力，是国家社会发展的动力。没有良好的电力供应保障，经济社会建设发展会受到影响，如果没有良好的电力保障，便无法快速发展经济，经济贫弱便没有足够资金投入电力建设，进而产生恶性循环。因此，电力建设对于国家和百姓都十分重要，作为地球村的一员，我们每一个人都应为实现全球电力普及率达到100%而努力。