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一、新能源微電網
1.新能源微電網的含義
隨著可再生能源滲透率的日益提高，可再生能源存在并網難、消納難、長距離傳輸能效低、損耗大、設備利用率低、系統增容投資邊際效率差等挑戰越來越大。傳統能源電力行業的高度壟斷技術構架體系、管理體系，不適應高滲透率的可再生能源及分布式能源的接入。
新能源微網利用了風、光、生物質、天然氣等多種可再生能源，通過能量存儲和優化配置實現本地能源生產與用能負荷基本平衡，通過冷、熱、電等多能融合，實現可再生能源的充分消納，構建智慧型能源綜合利用局域網。新能源微電網利用互聯網思維和手段，構建新型區域能源生態系統，提高可再生能源比重，轉變能源結構，提高能源綜合利用效率，提升大眾參與程度，提升能源綜合價值，轉變經濟增長方式，帶動產業升級。
新能源微網有并網、獨立兩種運行模式。聯網型微網一般與配電網并網運行，互為支撐，實現能量的雙向交換。對電網來說，可以作為可控負荷進行管理。外部電網故障時，可轉為獨立運行模式。通過先進的控制策略和控制手段，可保證新能源微網內高可靠的能源供給，可實現兩種運行模式的無縫切換。獨立型微網不和常規電網相連接，利用自身的分布式能源滿足微網內負荷的需求。當網內存在可再生分布式能源時，常常需要配置儲能系統以保持能源與負荷間的功率平衡，并充分利用可再生能源，適合在海島、邊遠地區等地為用戶供能。
2.新能源微電網的基本理念
新能源微電網是在新理念下構建的綜合能源系統。其基本理念如下：
①一個多重融合：能源系統與信息系統的有機融合;分布式能源、可再生能源與大系統能源的融合等。
②兩個提高：提高資產效率;提高能源生產效率。
③三個平衡：源—源之間的協調平衡，即多種一次能源、二次能源、分布式能源及可再生能源等與大系統能源跨時空平衡;荷—荷之間的協調平衡，即可控負荷、隨機負荷、熱負荷、電負荷等的時空平衡;源—網—荷之間基于負荷側的協調平衡。
④四個基本約束：可靠性保證的約束;經濟性的約束;環境保護的約束;可持續發展的約束。
⑤五個基本要素：源、網、荷、儲、控。
⑥六個關鍵指標：系統總效率指標;供能可靠性指標;新能源滲透率指標;能量、功率交換率指標;能量自給率指標;綠色環境指標。
⑦七類關鍵技術：新能源的高效轉換及發電技術;電力電子技術;信息技術及低成本的傳感技術;大規模低成本高效率的儲能技術;基于總能量理論的能量控制技術;新能源汽車的V2G技術;在大系統理論構架下的能源系統重構技術。
3.新能源微電網的基本要求
1)新能源微電網的功能定位
利用風、光、生物質、天然氣等多種分布式能源，通過能量存儲和優化配置實現本地能源生產與用能負荷基本平衡，通過冷、熱、電等多能融合，實現可再生能源的充分消納，構建智慧型能源綜合利用局域網。創新管理體制和商業模式，整合各類政策，以新能源微電網為載體，參與當地電力體制改革，形成具有本地特色且易于復制的模式。
2)新能源微電網的范圍要求
應具有明確的范圍，與外部相關系統有清晰的接口，承擔區域內供電、供冷、供熱等綜合能源服務，形成以可再生能源為主的高效一體化分布式能源系統。
3)指標要求
供電范圍內的供電安全和電能質量應符合相關電力標準，最高電壓等級目前不超過110千伏，可再生能源功率滲透率(微電網額定裝機功率與峰值負荷功率的比值)不低于70%，新能源微網電量自給率不低于50%;微網與公共電網連接點(PCC)的交換功率不大于微網最大負荷的25%或按國能新能[2015]265號文件要求;示范區域內可再生能源和清潔能源供熱(冷)達到100%;在一定的政策支持下，具有經濟可行性。
4.新能源微電網的基本判據、功能
新能源微電網的基本判據并非電壓等級與容量，而是以下幾點：
①與外部系統有明確的連接點(即插即用);
②新能源滲透率大于50%;
③與外部系統的交換功率比率小于25%;
④內部能源自給率需要平衡。
新能源微網有很多功能：可使多種能源、多種用能形式(冷、熱、電)融合，使新能源就地充分消納、能量就地分層平衡，降低傳輸損耗，提高系統綜合能效。同時，可實現功率與能量的轉換，實現不同形式的能量時間、空間的匹配，提高系統設備利用率，與外部系統的能量交換可調可控。新能源微網涉及很多關鍵技術，如主動配電網、智能用能、電動汽車V2G、儲能、協同優化、能源大數據等等。
5.新能源微電網與公共電網的關系
1)新能源微電網與公共電網的關系是網與網關系。
2)新能源微電網是公共電網的可調度負荷。
3)相對獨立、相互支援、即插即用。
二、新能源微電網的潛在價值
新能源微網是容納高比例波動性可再生能源電力的發輸(配)儲用一體化的局域能源系統，是探索能源服務新型商業運營模式和新業態的重要載體，是能源互聯網的重要元素。
1.實現新能源充分利用，改善能源結構
可再生能源發電采用直接并網方式，電網依靠常規備用發電容量來平抑可再生能源的間歇性、隨機性和波動性，為保障電網安全運行，可再生能源發電采用直接并網方式，對可再生能源發電的滲透率不可能很高。
新能源微電網通過新能源發電、儲能及用能綜合控制，使可再生能源滲透率超過100%，徹底消除“棄風棄光”現象，實現可再生能源的充分消納，提高可再生能源在能源總消耗中的占比，降低化石能源消耗，改善能源結構，提高能源安全，減少碳排放和環境污染。
通過新能源微電網可實現可再生能源的充分消納，提高可再生能源設備利用率，使可再生能源開發商獲取最大利益。
2.提高能源綜合利用效率，降低用能成本
目前電力系統的生產方式，一次能源的利用率低于20%。新能源微網在區域內將新能源發電、儲能和用戶負荷優化配置，實現能源的就地利用，減少能量長距離傳輸環節，降低傳輸能耗不低于6%。
同時在區域內實現多能互補，能量的梯次利用，實現能源充分利用。以微燃機冷、熱、電三聯供為例，一次能源到用戶端能效能達70%以上。
在能源消費環節，通過對用戶用能習慣的引導、干預，將有效減少能源浪費，提高用能效率不低于10%。
新能源微網從能源生產、傳輸、消費等環節降低損耗，提高能源綜合利用效率，將大幅降低用能成本。
3.提高設備利用率，延緩投資
新能源微網可以通過內部調節實現與公共電網能量交換可調可控，是公共電網的可調度負荷。新能源微電網響應公共電網調控，輔助平滑負荷曲線，降低電網設備備用容量，提高設備利用率，延緩電網增容投資。
新能源微電網具有即插即用、擴容方便的特點，不同于公共電網的“適度超前”規劃建設原則，一般按當前需求，當期規劃、當期建設，節約投資，設備利用率高。
4.電動汽車綜合利用
近年來，電動汽車發展迅速，其無序的移動負荷，給配電網帶來嚴峻挑戰。
通過新能源微網的調控，可實現電動汽車充電的電量和功率的平衡。100萬輛電動汽車的年耗電量約36億度，當前北京市年耗電量約1000億度，供電量僅提高5%左右，配電網基本無需增容，即可滿足電動汽車充電需求，又能提高系統的設備利用率，同時保障電網的運行安全。
100萬輛電動汽車，可存儲約3500萬度電量，形成巨大的儲能資源。
新能源微網利用電動汽車動力電池作為分布式移動儲能系統參與電網調節，利用V2G技術參與新能源微電網運行。據有關統計，汽車的平均行駛時間僅為4%，96%的時間處于停駛狀態。其可以作為微電網的儲能要素，大幅度降低微網的投資成本，提高微網經濟性，降低電網峰谷差，實現能源輔助服務，降低系統損耗，提高設備利用率。
將電動汽車由單純的消費品轉變成生產設備，實現電動汽車價值最大化，同時有效地分攤新能源微電網的儲能部分投資，使新能源微電網的經濟價值得到充分體現，又可以提高電動汽車的使用價值。
5.提供能源輔助服務，挖掘能源價值
新能源微電網可以提供能源輔助服務，形成調峰調頻、無功電壓調節、提供低成本高可靠供電需求，滿足用戶個性化的能源需求，提升能源附加值。
支持能源服務模式的轉變，使我們從能源的產銷體系向能源的服務體系轉變。我們向市場提供的不僅僅是電、氣、熱等能源產品，提供的是光明、是溫暖、是涼爽、是信息等，是日常生活所需的各種能源相關的服務。
新能源微電網可再生能源滲透率超過100%，充分消納，消除“棄風棄光”;可作為大電網的柔性可控有源負荷，平滑負荷曲線，提供輔助服務，降低備用容量，提高設備利用率，延緩大電網增容投資;還可減少損耗，提高從一次能源到終端用能系統綜合能效，降低用能成本，具備潛在商業價值。
三、建設運營商業模式
新能源微電網投資建設在政府指導下，進行項目的規劃研究，編制項目規劃及可研報告，鼓勵社會資本以PPP方式參與項目建設，多方投資建設，以市場化手段激發市場活力。
在政府指導下，對新能源微電網進行統籌規劃，優化社會資源、利用社會投資，引導用能用戶，先示范后推廣，滿足建設目標要求，充分挖掘潛力，實現項目效益最大化。
商業模式是新能源微電網發展的原動力，是保證各參與主體合作共贏的紐帶。新能源微電網的運營商業模式有以下階段：
1)獨立運營商運營模式。
微電網運營商為運營主體，各參與方資本投入，分配利益。
2)產銷聯盟運營模式。
本地產銷聯盟為運營主體，共同建設、共同受益，協商分配，形成有限開放市場。
3)自由交易運營模式。
形成開放市場，各方為獨立市場主體，通過市場進行自由博弈。
推廣的政策環境
新能源微電網的推廣需要明確基層對口主管部門，確定審批流程;出臺針對微電網的專項扶持政策(冷、熱、新能源發電、儲能、節能、用戶響應)。
四、新能源微電網的發展
新能源微電網的發展與電力體制改革相關：新能源微電網是電力體制改革的重要載體，是電網配售側向社會主體放開的一種具體方式;
新能源微電網的發展與能源互聯網相關：從物理層面，微電網是能源互聯網的“終端”，實現能量雙向流動、信息雙向流動以及能源就地綜合利用;從模式層面，微電網是能源互聯網的重要市場主體，電網配售側向社會主體放開的一種具體方式。是實現增量配網改革的重要手段之一。
五、展望
新能源微電網需要進一步研究的課題：
1)技術體系
微電網規劃、設計、運行、維護;多種能源協調優化;配電網雙向互動;微電網標準體系。
2)運營模式
微電網投資、建設、運營商業模式;微電網相關金融及衍生品、價值實現;微電網參與電力市場交易。
3)政策法規
建設保障;微電網的生態環境;市場環境。
專家介紹
祝振鵬，高級工程師，北京北變微電網技術有限公司副董事長、常務副總裁、首席專家;中國電工技術學會智能電器專業委員會委員;北京電工技術學會理事;電氣技術雜志編委;北京電工技術學會微電網專業委員會主任委員;中關村能源互聯網產業技術聯盟理事。1982年獲得西安交通大學電力系統自動化專業學士學位，曾擔大型央企動力廠主任，北京四方華能電氣設備有限公司董事長，北京新能匯智微電網技術有限公司首席專家。長期從事配電自動化、微電網領域的工作，在智能電器、永磁斷路器及微電網系統運行等領域有很深造詣。具有深厚的專業背景和豐富的管理經驗。主持制定了北京市新能源產業基地智能微電網建設工程網架結構，技術方案。參與制定了國網智能電網創新示范區、二連浩特新能源微電網示范項目規劃報告等多項重大項目的規劃和技術方案。參與制定了國家智能電器、新能源微電網等領域的多項標準。
1.新能源微電網的含義
隨著可再生能源滲透率的日益提高，可再生能源存在并網難、消納難、長距離傳輸能效低、損耗大、設備利用率低、系統增容投資邊際效率差等挑戰越來越大。傳統能源電力行業的高度壟斷技術構架體系、管理體系，不適應高滲透率的可再生能源及分布式能源的接入。
新能源微網利用了風、光、生物質、天然氣等多種可再生能源，通過能量存儲和優化配置實現本地能源生產與用能負荷基本平衡，通過冷、熱、電等多能融合，實現可再生能源的充分消納，構建智慧型能源綜合利用局域網。新能源微電網利用互聯網思維和手段，構建新型區域能源生態系統，提高可再生能源比重，轉變能源結構，提高能源綜合利用效率，提升大眾參與程度，提升能源綜合價值，轉變經濟增長方式，帶動產業升級。
新能源微網有并網、獨立兩種運行模式。聯網型微網一般與配電網并網運行，互為支撐，實現能量的雙向交換。對電網來說，可以作為可控負荷進行管理。外部電網故障時，可轉為獨立運行模式。通過先進的控制策略和控制手段，可保證新能源微網內高可靠的能源供給，可實現兩種運行模式的無縫切換。獨立型微網不和常規電網相連接，利用自身的分布式能源滿足微網內負荷的需求。當網內存在可再生分布式能源時，常常需要配置儲能系統以保持能源與負荷間的功率平衡，并充分利用可再生能源，適合在海島、邊遠地區等地為用戶供能。
2.新能源微電網的基本理念
新能源微電網是在新理念下構建的綜合能源系統。其基本理念如下：
①一個多重融合：能源系統與信息系統的有機融合;分布式能源、可再生能源與大系統能源的融合等。
②兩個提高：提高資產效率;提高能源生產效率。
③三個平衡：源—源之間的協調平衡，即多種一次能源、二次能源、分布式能源及可再生能源等與大系統能源跨時空平衡;荷—荷之間的協調平衡，即可控負荷、隨機負荷、熱負荷、電負荷等的時空平衡;源—網—荷之間基于負荷側的協調平衡。
④四個基本約束：可靠性保證的約束;經濟性的約束;環境保護的約束;可持續發展的約束。
⑤五個基本要素：源、網、荷、儲、控。
⑥六個關鍵指標：系統總效率指標;供能可靠性指標;新能源滲透率指標;能量、功率交換率指標;能量自給率指標;綠色環境指標。
⑦七類關鍵技術：新能源的高效轉換及發電技術;電力電子技術;信息技術及低成本的傳感技術;大規模低成本高效率的儲能技術;基于總能量理論的能量控制技術;新能源汽車的V2G技術;在大系統理論構架下的能源系統重構技術。
3.新能源微電網的基本要求
1)新能源微電網的功能定位
利用風、光、生物質、天然氣等多種分布式能源，通過能量存儲和優化配置實現本地能源生產與用能負荷基本平衡，通過冷、熱、電等多能融合，實現可再生能源的充分消納，構建智慧型能源綜合利用局域網。創新管理體制和商業模式，整合各類政策，以新能源微電網為載體，參與當地電力體制改革，形成具有本地特色且易于復制的模式。
2)新能源微電網的范圍要求
應具有明確的范圍，與外部相關系統有清晰的接口，承擔區域內供電、供冷、供熱等綜合能源服務，形成以可再生能源為主的高效一體化分布式能源系統。
3)指標要求
供電范圍內的供電安全和電能質量應符合相關電力標準，最高電壓等級目前不超過110千伏，可再生能源功率滲透率(微電網額定裝機功率與峰值負荷功率的比值)不低于70%，新能源微網電量自給率不低于50%;微網與公共電網連接點(PCC)的交換功率不大于微網最大負荷的25%或按國能新能[2015]265號文件要求;示范區域內可再生能源和清潔能源供熱(冷)達到100%;在一定的政策支持下，具有經濟可行性。
4.新能源微電網的基本判據、功能
新能源微電網的基本判據并非電壓等級與容量，而是以下幾點：
①與外部系統有明確的連接點(即插即用);
②新能源滲透率大于50%;
③與外部系統的交換功率比率小于25%;
④內部能源自給率需要平衡。
新能源微網有很多功能：可使多種能源、多種用能形式(冷、熱、電)融合，使新能源就地充分消納、能量就地分層平衡，降低傳輸損耗，提高系統綜合能效。同時，可實現功率與能量的轉換，實現不同形式的能量時間、空間的匹配，提高系統設備利用率，與外部系統的能量交換可調可控。新能源微網涉及很多關鍵技術，如主動配電網、智能用能、電動汽車V2G、儲能、協同優化、能源大數據等等。
5.新能源微電網與公共電網的關系
1)新能源微電網與公共電網的關系是網與網關系。
2)新能源微電網是公共電網的可調度負荷。
3)相對獨立、相互支援、即插即用。
二、新能源微電網的潛在價值
新能源微網是容納高比例波動性可再生能源電力的發輸(配)儲用一體化的局域能源系統，是探索能源服務新型商業運營模式和新業態的重要載體，是能源互聯網的重要元素。
1.實現新能源充分利用，改善能源結構
可再生能源發電采用直接并網方式，電網依靠常規備用發電容量來平抑可再生能源的間歇性、隨機性和波動性，為保障電網安全運行，可再生能源發電采用直接并網方式，對可再生能源發電的滲透率不可能很高。
新能源微電網通過新能源發電、儲能及用能綜合控制，使可再生能源滲透率超過100%，徹底消除“棄風棄光”現象，實現可再生能源的充分消納，提高可再生能源在能源總消耗中的占比，降低化石能源消耗，改善能源結構，提高能源安全，減少碳排放和環境污染。
通過新能源微電網可實現可再生能源的充分消納，提高可再生能源設備利用率，使可再生能源開發商獲取最大利益。
2.提高能源綜合利用效率，降低用能成本
目前電力系統的生產方式，一次能源的利用率低于20%。新能源微網在區域內將新能源發電、儲能和用戶負荷優化配置，實現能源的就地利用，減少能量長距離傳輸環節，降低傳輸能耗不低于6%。
同時在區域內實現多能互補，能量的梯次利用，實現能源充分利用。以微燃機冷、熱、電三聯供為例，一次能源到用戶端能效能達70%以上。
在能源消費環節，通過對用戶用能習慣的引導、干預，將有效減少能源浪費，提高用能效率不低于10%。
新能源微網從能源生產、傳輸、消費等環節降低損耗，提高能源綜合利用效率，將大幅降低用能成本。
3.提高設備利用率，延緩投資
新能源微網可以通過內部調節實現與公共電網能量交換可調可控，是公共電網的可調度負荷。新能源微電網響應公共電網調控，輔助平滑負荷曲線，降低電網設備備用容量，提高設備利用率，延緩電網增容投資。
新能源微電網具有即插即用、擴容方便的特點，不同于公共電網的“適度超前”規劃建設原則，一般按當前需求，當期規劃、當期建設，節約投資，設備利用率高。
4.電動汽車綜合利用
近年來，電動汽車發展迅速，其無序的移動負荷，給配電網帶來嚴峻挑戰。
通過新能源微網的調控，可實現電動汽車充電的電量和功率的平衡。100萬輛電動汽車的年耗電量約36億度，當前北京市年耗電量約1000億度，供電量僅提高5%左右，配電網基本無需增容，即可滿足電動汽車充電需求，又能提高系統的設備利用率，同時保障電網的運行安全。
100萬輛電動汽車，可存儲約3500萬度電量，形成巨大的儲能資源。
新能源微網利用電動汽車動力電池作為分布式移動儲能系統參與電網調節，利用V2G技術參與新能源微電網運行。據有關統計，汽車的平均行駛時間僅為4%，96%的時間處于停駛狀態。其可以作為微電網的儲能要素，大幅度降低微網的投資成本，提高微網經濟性，降低電網峰谷差，實現能源輔助服務，降低系統損耗，提高設備利用率。
將電動汽車由單純的消費品轉變成生產設備，實現電動汽車價值最大化，同時有效地分攤新能源微電網的儲能部分投資，使新能源微電網的經濟價值得到充分體現，又可以提高電動汽車的使用價值。
5.提供能源輔助服務，挖掘能源價值
新能源微電網可以提供能源輔助服務，形成調峰調頻、無功電壓調節、提供低成本高可靠供電需求，滿足用戶個性化的能源需求，提升能源附加值。
支持能源服務模式的轉變，使我們從能源的產銷體系向能源的服務體系轉變。我們向市場提供的不僅僅是電、氣、熱等能源產品，提供的是光明、是溫暖、是涼爽、是信息等，是日常生活所需的各種能源相關的服務。
新能源微電網可再生能源滲透率超過100%，充分消納，消除“棄風棄光”;可作為大電網的柔性可控有源負荷，平滑負荷曲線，提供輔助服務，降低備用容量，提高設備利用率，延緩大電網增容投資;還可減少損耗，提高從一次能源到終端用能系統綜合能效，降低用能成本，具備潛在商業價值。
三、建設運營商業模式
新能源微電網投資建設在政府指導下，進行項目的規劃研究，編制項目規劃及可研報告，鼓勵社會資本以PPP方式參與項目建設，多方投資建設，以市場化手段激發市場活力。
在政府指導下，對新能源微電網進行統籌規劃，優化社會資源、利用社會投資，引導用能用戶，先示范后推廣，滿足建設目標要求，充分挖掘潛力，實現項目效益最大化。
商業模式是新能源微電網發展的原動力，是保證各參與主體合作共贏的紐帶。新能源微電網的運營商業模式有以下階段：
1)獨立運營商運營模式。
微電網運營商為運營主體，各參與方資本投入，分配利益。
2)產銷聯盟運營模式。
本地產銷聯盟為運營主體，共同建設、共同受益，協商分配，形成有限開放市場。
3)自由交易運營模式。
形成開放市場，各方為獨立市場主體，通過市場進行自由博弈。
推廣的政策環境
新能源微電網的推廣需要明確基層對口主管部門，確定審批流程;出臺針對微電網的專項扶持政策(冷、熱、新能源發電、儲能、節能、用戶響應)。
四、新能源微電網的發展
新能源微電網的發展與電力體制改革相關：新能源微電網是電力體制改革的重要載體，是電網配售側向社會主體放開的一種具體方式;
新能源微電網的發展與能源互聯網相關：從物理層面，微電網是能源互聯網的“終端”，實現能量雙向流動、信息雙向流動以及能源就地綜合利用;從模式層面，微電網是能源互聯網的重要市場主體，電網配售側向社會主體放開的一種具體方式。是實現增量配網改革的重要手段之一。
五、展望
新能源微電網需要進一步研究的課題：
1)技術體系
微電網規劃、設計、運行、維護;多種能源協調優化;配電網雙向互動;微電網標準體系。
2)運營模式
微電網投資、建設、運營商業模式;微電網相關金融及衍生品、價值實現;微電網參與電力市場交易。
3)政策法規
建設保障;微電網的生態環境;市場環境。
專家介紹
祝振鵬，高級工程師，北京北變微電網技術有限公司副董事長、常務副總裁、首席專家;中國電工技術學會智能電器專業委員會委員;北京電工技術學會理事;電氣技術雜志編委;北京電工技術學會微電網專業委員會主任委員;中關村能源互聯網產業技術聯盟理事。1982年獲得西安交通大學電力系統自動化專業學士學位，曾擔大型央企動力廠主任，北京四方華能電氣設備有限公司董事長，北京新能匯智微電網技術有限公司首席專家。長期從事配電自動化、微電網領域的工作，在智能電器、永磁斷路器及微電網系統運行等領域有很深造詣。具有深厚的專業背景和豐富的管理經驗。主持制定了北京市新能源產業基地智能微電網建設工程網架結構，技術方案。參與制定了國網智能電網創新示范區、二連浩特新能源微電網示范項目規劃報告等多項重大項目的規劃和技術方案。參與制定了國家智能電器、新能源微電網等領域的多項標準。
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