電力系統(tǒng)是人類歷史上規(guī)模最大的系統(tǒng)之一，由各種發(fā)電設(shè)備和輸配電設(shè)施組成，讓我們能夠過上現(xiàn)代化的生活。在這些設(shè)備和廣闊的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)背后，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商確保著我們每一秒的用電需求都得到滿足。在當(dāng)今世界，無論國(guó)家大小，穩(wěn)定的電力供應(yīng)都是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ畹淖罨颈Ｕ稀ｋm然暫時(shí)性的停電對(duì)家庭生活只會(huì)帶來些許不便，但對(duì)于醫(yī)院和軍事基地等關(guān)鍵設(shè)施而言，斷電很可能會(huì)造成重要服務(wù)或軍事任務(wù)的中斷，繼而危及人類生命安全。為本地需求提供電力的小型網(wǎng)絡(luò)——微電網(wǎng)，是規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑之一。
目前在全球有數(shù)以百計(jì)的微電網(wǎng)正在運(yùn)行，并且它們的數(shù)量仍在增長(zhǎng)。在包括并網(wǎng)型和獨(dú)立型系統(tǒng)的各種微電網(wǎng)配置實(shí)踐中，我們可以有機(jī)會(huì)洞察微電網(wǎng)整合高比例波動(dòng)的可再生能源的能力。
近年來，太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電成本大幅下降，這意味著太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)具備了與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電技術(shù)相當(dāng)?shù)某杀靖?jìng)爭(zhēng)力。這也使得微電網(wǎng)能夠在完成穩(wěn)定電力供應(yīng)這一主要任務(wù)的同時(shí)，以經(jīng)濟(jì)可行的方式實(shí)現(xiàn)清潔能源目標(biāo)。
微電網(wǎng)可以與更大的電網(wǎng)相連接；而在大規(guī)模斷電事故發(fā)生時(shí)，微電網(wǎng)可以中斷與主要電網(wǎng)的連接并繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行，保證其服務(wù)區(qū)域內(nèi)家用和商用的電力供應(yīng)?？煽啃愿摺⒏呖沙掷m(xù)性以及更低的成本，這些優(yōu)勢(shì)使得并網(wǎng)型微電網(wǎng)采用率不斷提高，同時(shí)也在促進(jìn)獨(dú)立型微電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型，比如島嶼電網(wǎng)。島嶼上的電力系統(tǒng)與大型電力網(wǎng)絡(luò)相隔離，因此無法依靠大型電網(wǎng)提供供電可靠性和電力質(zhì)量監(jiān)管，而必須時(shí)刻獨(dú)立保證自身電力供應(yīng)。
加勒比地區(qū)島嶼，包括與克林頓氣候計(jì)劃(CCI)及落基山研究所-碳作戰(zhàn)室（RMI-CWR）的島嶼能源計(jì)劃的合作伙伴，是獨(dú)立型微電網(wǎng)的典型代表。多年來，這些島嶼的傳統(tǒng)電網(wǎng)都依賴于集中式柴油發(fā)電技術(shù)為居民與商業(yè)供電。但這一情況正在發(fā)生改變。現(xiàn)如今，許多獨(dú)立型微電網(wǎng)都積極開展能源轉(zhuǎn)型，開始充分利用電廠級(jí)和分布式可再生能源以及能效技術(shù)。
島嶼微電網(wǎng)轉(zhuǎn)型
發(fā)展中的島嶼小國(guó)在2016年巴黎締約國(guó)大會(huì)上展現(xiàn)了鼓舞人心的領(lǐng)導(dǎo)力，并且正在積極落實(shí)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，充分利用本地的可再生能源。太陽(yáng)能光伏（PV）、風(fēng)力發(fā)電以及儲(chǔ)能技術(shù)，能夠幫助獨(dú)立型微電網(wǎng)履行國(guó)際氣候承諾，提高能源獨(dú)立性，降低碳排放。例如，圣盧西亞的第一個(gè)可再生能源電廠項(xiàng)目正在建設(shè)當(dāng)中；待這一規(guī)模3兆瓦（MW）的太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目完工并投入使用，能夠?qū)崿F(xiàn)每年二氧化碳減排4千噸，同時(shí)提供足夠當(dāng)?shù)?千戶家庭使用的清潔電能。
隨著微電網(wǎng)中波動(dòng)的可再生能源比例的增加，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行需要更精密復(fù)雜的控制技術(shù)。以島嶼為例，整個(gè)國(guó)家（及其經(jīng)濟(jì)）都依靠于唯一的電網(wǎng)。電網(wǎng)工程師和運(yùn)行人員肩負(fù)著維持獨(dú)立型微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要任務(wù)，因?yàn)檫@會(huì)影響到整個(gè)國(guó)家的運(yùn)轉(zhuǎn)。巴巴多斯光電有限公司運(yùn)營(yíng)工程師Charmaine Gill-Evans解釋說：“對(duì)于島嶼電網(wǎng)而言，大部分經(jīng)濟(jì)部門需要依靠于穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)來保證高效的產(chǎn)品生產(chǎn)和及時(shí)的服務(wù)供應(yīng)?？稍偕茉淳哂胁▌?dòng)性，其應(yīng)用比例的提高增加了電網(wǎng)管理的復(fù)雜程度，但這一難題并非無法克服，可以通過嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究和實(shí)踐得以解決?！?/p>
共同的的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
雖然并網(wǎng)型和獨(dú)立型微電網(wǎng)明顯不同（即是否與大型電網(wǎng)連接），但它們也有許多共同點(diǎn)。這些共性使得各類微電網(wǎng)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚧ハ嘟梃b，加速各類微電網(wǎng)學(xué)習(xí)曲線的上升勢(shì)頭。并網(wǎng)型微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是在正常運(yùn)行時(shí)段可以依靠大型電網(wǎng)作為后備；同時(shí)，它們與獨(dú)立型微電網(wǎng)所應(yīng)用的技術(shù)相似，并面臨著類似的挑戰(zhàn)——如何保證可靠、可持續(xù)且低成本的電力供應(yīng)。在并網(wǎng)型和獨(dú)立型微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)過程中，如何在波動(dòng)性和穩(wěn)定性能源之間保持正確的平衡是一大主要挑戰(zhàn)。此外，另一個(gè)難題是如何在降低成本和建設(shè)大規(guī)模備用能源以保證可靠性之間找到經(jīng)濟(jì)平衡。
和島嶼電網(wǎng)一樣，傳統(tǒng)的并網(wǎng)型微電網(wǎng)也較大程度依賴于各種化石燃料發(fā)電技術(shù)，尤其是柴油發(fā)電。它們的后備系統(tǒng)也常常以燃?xì)獍l(fā)電、燃料電池和熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）技術(shù)為主。隨著可再生能源技術(shù)成本的穩(wěn)定下降，以及分布式能源（DER）的價(jià)值得到越來越多的認(rèn)識(shí)、管理與肯定，并網(wǎng)型微電網(wǎng)碳排放強(qiáng)度越來越低，同時(shí)發(fā)電來源越來越豐富。并網(wǎng)型微電網(wǎng)的另一個(gè)難題是需要為兩種主要運(yùn)行模式分別設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。例如，加州大學(xué)圣地亞哥分校微電網(wǎng)就已成功證明了在連接大型電網(wǎng)和與其隔離時(shí)都可正常運(yùn)行。
各種規(guī)模電網(wǎng)共同的機(jī)遇
由于獨(dú)立型和并網(wǎng)型微電網(wǎng)具有類似的目標(biāo)、技術(shù)與挑戰(zhàn)，兩種微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)者與運(yùn)營(yíng)商有機(jī)會(huì)充分交流，互相學(xué)習(xí)最佳實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。考慮到并網(wǎng)型或獨(dú)立型微電網(wǎng)斷電的嚴(yán)重后果，對(duì)微電網(wǎng)構(gòu)架設(shè)計(jì)、發(fā)電來源選擇、集成及控制必須經(jīng)過非常仔細(xì)地研究。此外，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商正在尋求創(chuàng)新而又經(jīng)過驗(yàn)證的解決方案，并且已開始嘗試應(yīng)用新的運(yùn)營(yíng)方式，包括更貼近用戶的協(xié)調(diào)工作等?？紤]到電網(wǎng)擁有者與運(yùn)營(yíng)商必須評(píng)估的多方面問題，以及微電網(wǎng)所能提供的種種機(jī)遇，可以預(yù)見，微電網(wǎng)能夠在全球電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中起到重要的指引作用。為了加速向成本更低、更可靠、更具可持續(xù)性微電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型，我們有必要積極推進(jìn)解決方案的共享。加勒比電力事業(yè)服務(wù)公司（CARILEC）可再生能源社區(qū)（CAREC）就是這樣一個(gè)供加勒比地區(qū)能源專業(yè)人士互相聯(lián)絡(luò)、合作和共同創(chuàng)新的組織。
發(fā)達(dá)國(guó)家歷來有著引領(lǐng)創(chuàng)新、科技進(jìn)步和（電網(wǎng)）運(yùn)營(yíng)最佳實(shí)踐的傳統(tǒng)。但在發(fā)展微電網(wǎng)的過程中，島嶼國(guó)家尤其能夠引領(lǐng)能源轉(zhuǎn)型并分享經(jīng)驗(yàn)。在意識(shí)到安全穩(wěn)定的電力供應(yīng)是電網(wǎng)健康和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，以及對(duì)外部的能源依賴的種種弊端后，各島嶼國(guó)家政府和電力公司如今正要抓緊這一難得的機(jī)遇發(fā)展和優(yōu)化可再生能源微電網(wǎng)系統(tǒng)。
作者Siana Teelucksingh，克林頓氣候行動(dòng)島嶼能源計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)理。
RMI-CWR的島嶼能源計(jì)劃得到了全球環(huán)境基金與聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署的大力支持。同時(shí)CCI的工作得到了挪威政府援助基金的支持。
作者：Kaitlyn Bunker，落基山研究所項(xiàng)目總監(jiān)；Siana Teelucksin，克林頓氣候行動(dòng)島嶼能源計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)理
