如今，微電網和儲能行業(yè)的發(fā)展前景日益廣闊。日益增長的網絡安全威脅和頻繁的自然災害給電力系統(tǒng)帶來了更大的風險，這使得微電網解決方案成為客戶和公用事業(yè)公司改進電力供應的理想基礎設施。

然而有時候，“微電網”與“儲能”的術語可以互換使用。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和儲能不是同一件事是很重要的。

儲能系統(tǒng)對微電網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，可為微電網提供顯著的效益。然而，單獨部署儲能系統(tǒng)并不會構成微電網，并且在很多情況下，微電網也可以在沒有部署儲能系統(tǒng)的情況下進行設計和實施。

由于增加儲能資源會為微電網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，并與能源解決方案合作伙伴開展合作以實現這些目標。其合作伙伴應該是獨立運營的，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)、設計和實施成功的能源安全解決方案。

微電網的彈性范圍

重要的是要定義什么樣的微電網，這對于回答儲能系統(tǒng)對其設計的重要性的問題很重要。

在電網中斷時，微電網為用戶提供備用電源，并以安全可靠的方式獨立服務于現場的電力負荷。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場發(fā)電服務，那么需要優(yōu)先考慮為那些被認為對站點運營至關重要的負載提供電源。

Ameresco公司推出的一種微電網有效設計方法的核心功能包括：節(jié)能、分布式發(fā)電、微電網控制，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備。

三個主要問題有助于對微電網的彈性進行說明，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狀態(tài)到孤島狀態(tài)的轉變?其次，站點總負載中有多少是關鍵負載?第三，客戶期望服務于這些關鍵負載(例如幾分鐘或幾周)時間有多長?


圖中所示的微電網彈性范圍從沒有彈性到完全具有彈性，并且可以實現從連接到電網的實際無縫過渡。沒有部署微電網的客戶(例如住宅用戶)在電網中斷期間將會完全中斷。一旦電力公司診斷并解決了電網中斷或故障，其電力才會恢復正常。

其次，配備現場緊急備用發(fā)電和轉換開關的客戶可以部分恢復電力，因為他們的一些或全部負載可以根據發(fā)電機功率的大小來提供服務。其電力供應將會暫時中斷，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，一些特別關鍵的負載(例如計算機或數據服務器)可能將采用不間斷電源(UPS)提供的備用電源，以在有限的時間內為特定關鍵負載提供電能。許多辦公樓就是這種場景的例子。

對于某些客戶來說，電力供應的中斷對企業(yè)關鍵運營構成重大風險，或者生產力下降，產品的產量下降，大學或實驗室環(huán)境下的研究中斷，或其他價值損失等形式造成顯著的經濟損失。這就需要在電網受到干擾的期間不間斷地過渡到獨立的孤島運行，這意味著客戶設施內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的復雜性和成本。為了實現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，保護性電氣控制設備必須安全，并且立即將現場發(fā)電設備與不穩(wěn)定的電力設施之間的連接進行隔離，并且緊急發(fā)電設備必須立即為負載提供服務，在電網發(fā)生干擾和中斷時，可以提供現場發(fā)電，例如熱電聯供為負荷提供電力，并且采用微電網控制措施，能夠識別并迅速對電力干擾和中斷做出反應，則可以實現這一目標。

關于成功不間斷地過渡到孤島運營的關鍵決定是，是否有足夠的發(fā)電量來為該場地的關鍵負荷提供服務，或者是否需要減少(關閉)較少的關鍵負荷以匹配可用的發(fā)電量。微電網控制措施可能需要迅速進行，以維持現場柴油發(fā)電機的穩(wěn)定性，并維持電力供應的連續(xù)性。

為了實現在電網和現場發(fā)電設備之間不間斷轉換，具有完全彈性的微電網，如最右端的彈性范圍，需要有足夠的柴油發(fā)電機來滿足所有現場負載要求。在發(fā)生停電時以及連續(xù)數小時或數天時間之前，這必須實施，直到電網恢復正常。即使在這種情況下，也可考慮使用微電網控制，以便響應意外情況，如柴油發(fā)電機故障或負載水平發(fā)生意外變化。

微電網為電力用戶提供安全斷開電網的能力

如果有足夠的發(fā)電量或計劃實施，并且適當的微電網控制和適當的微電網控制基礎設施，則可以實現不間斷的過渡而不需要儲能。然而，向混合電網添加儲能系統(tǒng)可以顯著增強上述微電網場景。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)成為微電網架構的一個非常重要的方面。

微電網解決方案中儲能系統(tǒng)的作用

現代儲能系統(tǒng)的獨特之處在于它們的響應速度非常快，既可以產生電能，又可以吸收電能，并且在某些情況下可以調節(jié)配電系統(tǒng)中的實際和無功電源質量。這些功能使儲能系統(tǒng)能夠服務于微電網內的各種角色，例如客戶需要不間斷的孤島電源，不需要現場發(fā)電，或需要補充其配電系統(tǒng)中存在的現場發(fā)電。以下了解一下儲能系統(tǒng)在微電網的兩個截然不同的運行階段中扮演的角色：同時進行從并網運行到孤島運行的轉變，或者繼續(xù)孤島運行。

有效地實現向孤島運作的過渡需要大量的協調和非常快速的控制行動，以毫秒為單位。在此期間，經過商業(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能力，可用于在有限的時間內為微電網提供有效的瞬時功率，提供電網中斷期間的電力，直到現場發(fā)電設備能夠在長時間為大部分負荷提供服務。如果沒有配備備用柴油發(fā)電機，微電網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。在電網供應轉變?yōu)楠毩⒐聧u供電的過程中，一些儲能逆變器能夠調節(jié)孤島供電系統(tǒng)內的電壓和頻率，維持孤島電力系統(tǒng)的電能質量。這個功能通常在電網正常運行時或通過柴油發(fā)電機來滿足，但如果設計得當，則可以通過儲能系統(tǒng)來實現。

一旦轉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轉變?yōu)樽畲笙薅鹊匮娱L微電網的工作持續(xù)時間。儲能系統(tǒng)的充放電能力創(chuàng)造了一種可調度的資源，可以遵循微電網控制系統(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場發(fā)電的供應。同樣，由于當的商用儲能系統(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)支持微電網的能力是有限的，除非通過現場發(fā)電設備充電。因此采用沒有發(fā)電設備的儲能系統(tǒng)會對需要長時間關鍵電源的設備運營連續(xù)性帶來風險。

來自現場發(fā)電的觀點

以Ameresco公司的微電網和儲能項目為例，用于說明微電網中儲能系統(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能力的解決方案至關重要，因為微電網和儲能系統(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控制對現有的熱電聯產和柴油發(fā)電(DG)設備進行補充，使該項目從電網向孤島運營過渡。

在實施之前，該現場的現有發(fā)電資產包括兩臺燃氣輪機和兩臺應急柴油發(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其現場發(fā)電所支持的負載。而在項目實施前，電網中斷或負荷超載時的電力中斷導致現場發(fā)生全面停電，而現場發(fā)電設備不能承擔全部負荷，備用柴油發(fā)電機通常并不能立即恢復供電。

該項目專注于采用先進的微電網控制系統(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)關閉整個基地的非關鍵負載，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解決方案。當地電網供電不穩(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。

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的電力，因為所提供的解決方案可以緩解原有的電網可靠性問題。當電網的電力供應中斷時，該站點部署的儲能系統(tǒng)將承擔控制系統(tǒng)電壓和頻率的重要責任，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，該站點無法實現微電網的不間斷過渡。

Ameresco公司已經實施并正在開發(fā)眾多微電網和儲能項目，其中電池儲能系統(tǒng)為客戶提供重要的并網能力。其中一個例子就是在加利福尼亞州聯邦法院的項目。 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。電力成本驅動因素促進了該解決方案的開發(fā)，而不是能源安全。

結論

部署儲能系統(tǒng)并不會構成微電網，因為需要考慮產生和控制以滿足客戶從電網服務向孤島運營的轉變，并在現場維持預期的停電持續(xù)時間。

儲能系統(tǒng)應被視為一種可為微電網帶來顯著附加效益的有價值資產。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)的電力質量。儲能系統(tǒng)可以作為一種粘合劑將微電網結合在一起，同時在正常并網運行期間產生價值。電力需求響應速度允許儲能系統(tǒng)提供一些客戶的備用發(fā)電設備無法提供的優(yōu)勢。總之對于客戶來說，并沒有“一刀切”的解決方案。考慮到電力彈性解決方案的用戶應該尋求具有豐富經驗的合作伙伴來幫助評估、設計、實施和運行一個成功的解決方案，以整合其現有資產、風險承受能力、使命，以及成本目標。