中國儲能網(wǎng)訊：2020年12月，國際可再生能源署（IRENA）發(fā)布《智能微電網(wǎng)“質量基礎架構”》報告，作為小島嶼發(fā)展中國家燈塔倡議項目的報告，為離網(wǎng)可再生能源發(fā)展提供了思路。特轉發(fā)供參考。
《智能微電網(wǎng)“質量基礎架構”》
Quality infrastructure for smart mini-grids
微電網(wǎng)是非常復雜的系統(tǒng)，通常在安裝和操作方面存在很高的監(jiān)管不確定性。要為可再生能源微電網(wǎng)建立一個可行的市場，為投資者帶來增長前景和長期盈利能力，就需要為微電網(wǎng)技術和系統(tǒng)建立可信賴的質量技術基礎（Quality Infrastructure, QI）。
本篇報告介紹了可再生能源微電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對其未來發(fā)展方向進行預測。同時，該篇報告引入了“質量技術基礎”的概念，強調了QI在智能可再生微電網(wǎng)開發(fā)中的關鍵作用，并深入分析了微電網(wǎng)QI發(fā)展的目標與成本效益。
重點結論：
目前，全球離網(wǎng)可再生能源微電網(wǎng)的裝機容量已超過4GW，其中生物能的工業(yè)應用占總裝機的67%。水電微電網(wǎng)正在快速發(fā)展，服務于社區(qū)和工業(yè)，而光伏微電網(wǎng)主要用于商業(yè)、社區(qū)和農業(yè)。100%可再生能源的微電網(wǎng)與化石燃料微電網(wǎng)相比已經具有成本競爭力，LCOE為0.39-0.75美元/千瓦時，2035年有望降低到0.2美元/千瓦時。
可再生能源微電網(wǎng)的核心用途是發(fā)電、儲能、轉換和消費，以及控制、管理和測量（CMM）。物聯(lián)網(wǎng)平臺將構成未來CMM功能的骨干，儲能科技的進步將有力推進微電網(wǎng)的應用。
QI包括全面的計量、標準、認證認可、檢驗檢測。有效的QI可以降低微電網(wǎng)發(fā)展的風險，改善項目融資，減少法規(guī)和性能上的不確定性，擴大微電網(wǎng)市場，降低電力成本。
系統(tǒng)及測試是可再生能源微電網(wǎng)QI開發(fā)的主要挑戰(zhàn)。微電網(wǎng)作為復雜的系統(tǒng)，不能被視為各部分的簡單總和，必須找到一種全面的方法開發(fā)QI。物理組件與模擬的結合可以降低測試成本且更易于調整。
報告的主要內容如下：
可再生微型電網(wǎng)將電力負荷和可再生能源結合在一起，由于集成能源基礎設施可以為島嶼和偏遠社區(qū)等關鍵細分市場帶來許多好處，其部署動力日益增強?？稍偕⑿碗娋W(wǎng)可以提供電力接入，提高電力彈性和可靠性，降低能源成本和碳足跡，并改善生活質量。
隨著部署的增加，關注系統(tǒng)性能、耐久性和對新發(fā)展的適應性是至關重要的。這揭示了開發(fā)質量保證機制和所謂的“質量技術基礎”的重要作用，本報告對此進行了深入闡釋，以成功地保障強大的可再生微型電網(wǎng)，使其能夠為現(xiàn)在和未來的社會服務。
（一）可再生能源微電網(wǎng)的現(xiàn)狀和潛在增長點
我們已經做了許多努力來收集微型電網(wǎng)數(shù)據(jù)，但不同的數(shù)據(jù)源仍然存在差異。作為一個近年來發(fā)展非常迅速的行業(yè)，對全球微型電網(wǎng)份額的估計比較明確:全球約有1.9萬個已安裝的微型電網(wǎng)，其中約一半使用柴油和其他化石燃料發(fā)電機(ESMAP, 2019)，但由可再生能源驅動的微型電網(wǎng)（并網(wǎng)和離網(wǎng)）的全球份額并不容易估算。用可再生能源替代大排放量的微型電網(wǎng)具有巨大的市場潛力。
如圖1所示，國際可再生能源署（IRENA）分析發(fā)現(xiàn)，離網(wǎng)可再生能源微型電網(wǎng)的裝機容量為4.16吉瓦(GW)，服務至少800萬人口。由于經常用于大功率工業(yè)微型電網(wǎng)，基于生物能源的微型電網(wǎng)的裝機容量最高。基于風能和水力發(fā)電的微型電網(wǎng)通常部署在不同的終端使用領域。特別是水力發(fā)電微型電網(wǎng)，最近增加了在住宅和工業(yè)領域的部署。太陽能光伏(PV)微型電網(wǎng)裝置通常用于商業(yè)、住宅和農業(yè)用途。
圖1 自主(離網(wǎng))微型電網(wǎng)總容量(兆瓦)
注: MW = 兆瓦?；? (IRENA, 2018a)。
在可能的情況下，將一個微型電網(wǎng)與另一個微型電網(wǎng)或與主電網(wǎng)互聯(lián)可以帶來一系列的好處，可改變微型電網(wǎng)的運行模式。圖2總結了不同的微型電網(wǎng)類型。并網(wǎng)可再生微型電網(wǎng)可以使電力供應更可靠、更有彈性，并推動可再生能源成為能源發(fā)電的重要貢獻者。然而，自主可再生微型電網(wǎng)主要適用于偏遠地區(qū)，包括農村電氣化和偏遠地區(qū)的設施。
圖2 微型電網(wǎng)類型
基于:(IRENA, 2016a)。
預計未來幾年，離網(wǎng)和互聯(lián)微型電網(wǎng)的部署將有所加強，由于公用事業(yè)微型電網(wǎng)活動日益增多，以及城市、商業(yè)和工業(yè)領域電網(wǎng)問題日益嚴重，并網(wǎng)部分有望成為電網(wǎng)領域的最大增長點（2018年全球數(shù)據(jù)）。
可再生微型電網(wǎng)在經濟上變得可行，對傳統(tǒng)發(fā)電機來說是一種具有吸引力的、具有成本競爭力的選擇。
盡管近年來由于競爭加劇和政策驅動的激勵，微型電網(wǎng)硬件的成本普遍下降，但與定制工程研究及監(jiān)管、環(huán)境和互連合規(guī)相關的軟成本下降趨勢，有時由于非競爭性監(jiān)管摩擦而受到限制（Cherian，2017年）。因此，與往年相比，這些費用目前在總成本中所占的比例更大。圖3總結了100%可再生能源自主基礎服務和自主全面服務社區(qū)微型電網(wǎng)的調查結果，其中，2020年自主基礎度電成本（LCOE）從每千瓦時0.39美元到0.58美元/千瓦時不等，自主全面用電成本從0.50美元/千瓦時到0.75美元/千瓦時不等。與小型汽油和柴油發(fā)電機相比（0.35 美元/千瓦時-0.70美元/千瓦時（Agenbroad等，2018年）），使用100%可再生能源的微型電網(wǎng)具有成本競爭力。
圖3 2005年至2035年100%可再生能源社區(qū)系統(tǒng)的可再生微型電網(wǎng)無補貼成本范圍
基于:(IRENA, 2017c)。
可再生微型電網(wǎng)的進一步部署是由諸多因素驅動的，包括：能源獲取、節(jié)約能源成本(包括節(jié)約燃料)、提高服務質量和供應獨立性、減少二氧化碳排放和污染以及實現(xiàn)可再生能源目標。
對于島嶼和偏遠社區(qū)(如沙漠或山區(qū)社區(qū)，沒有配電網(wǎng))來說，能源獲取是主要驅動力。將可再生能源整合到這些微型電網(wǎng)中，可以降低能源成本，并帶來服務質量、積極的環(huán)境影響和生活質量等額外好處。微型電網(wǎng)不同類型和應用的驅動因素詳見圖5。
圖4 可再生微型電網(wǎng)的驅動因素
基于:(ABB, 2018)。
（二）可再生能源微電網(wǎng)的未來發(fā)展方向
微型電網(wǎng)市場的增長應該伴隨著高質量基礎設施，以確保實施的系統(tǒng)將提供長期的預期服務和利益。國際標準、測試和許可設施是確保部署高質量微型電網(wǎng)的關鍵。
可再生微型電網(wǎng)的核心功能是:發(fā)電；能量儲存；轉換；消費；以及控制、管理和測量(CMM)。
持續(xù)的創(chuàng)新和技術進步正在為微型電網(wǎng)添加補充功能，改進其運行，使其更加復雜。
基于智能電表和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)解決方案的發(fā)展和廣泛使用，以及可再生能源發(fā)電數(shù)據(jù)可用性和預測能力的提高，未來可再生微型電網(wǎng)將擁有更先進的CMM操作。微型電網(wǎng)具備固有的智能和數(shù)據(jù)收集能力?；谖锫?lián)網(wǎng)的平臺將成為未來CMM功能的支柱。
儲能技術的創(chuàng)新也將影響未來的微型電網(wǎng)，包括從電池到電解槽技術，應用各異。電動汽車(EVs)的集成對微型電網(wǎng)有很多好處，因為它們可以被視為間歇性可再生發(fā)電的存儲。然而，這也帶來了一系列挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)與在國家電網(wǎng)基礎設施中電動汽車集成所涉及的挑戰(zhàn)不同。
在消費者方面，傳統(tǒng)的消費者到產消者的過渡伴隨著各種各樣的技術創(chuàng)新，從本地發(fā)電、存儲和控制到創(chuàng)新的交易技術。此外，如圖5所示，微型電網(wǎng)是點對點電力交易的良好環(huán)境，它有助于消費者之間更好地利用本地產生的電力。
圖5 未來可再生微型電網(wǎng)
注：VG1 =智能充電;VG2 =汽車-電網(wǎng)。
（三）質量技術基礎的定義（Quality Infrastructure, QI）
微型電網(wǎng)系統(tǒng)的可持續(xù)市場增長和長期盈利需要質量技術基礎 (QI)。微型電網(wǎng)是具有不同供應商的復雜系統(tǒng)，是針對不同應用而開發(fā)的，大多數(shù)情況下，其安裝和運行存在很高的監(jiān)管不確定性。QI包括綜合標準、測試、認證認可、檢驗監(jiān)測和計量，是降低風險的關鍵。
圖6 QI元素
QI薄弱，會造成低質量的組件和缺乏檢驗或培訓，導致投資和預期電力生產的損失，甚至普遍損害國家市場的聲譽。微型電網(wǎng)市場的發(fā)展必須與QI的發(fā)展齊頭并進。
QI的主要目標是推廣優(yōu)質的產品、流程和服務；防止或克服市場壁壘；并使技術合作更容易(IRENA, 2015a)。這將最終減少系統(tǒng)停機時間，并改善微型電網(wǎng)的運行和維護。QI還為利益相關者帶來了直接的經濟效益(降低了LCOE)，因為它的存在降低了投資者的風險，并為未來的項目帶來了更好的融資條件，如圖7所示。QI帶來的技術和監(jiān)管清晰度刺激了可持續(xù)創(chuàng)新，并為全球微型電網(wǎng)市場注入了信心。這反過來促進了貿易，并允許微型電網(wǎng)系統(tǒng)供應商輕松地在不同地區(qū)擴展其業(yè)務。
圖7 微型電網(wǎng)QI目標及結果
本報告指出，目前大部分的QI和標準化工作都是面向微型電網(wǎng)單個組件的功能，而不是面向整個微型電網(wǎng)系統(tǒng)。在通往智能微型電網(wǎng)的道路上，還需要在微型電網(wǎng)系統(tǒng)層面上進一步細化標準及其他QI元素。為了實現(xiàn)這一目標，必須填補目前各個微型電網(wǎng)功能的空白。
微型電網(wǎng)是一個復雜的系統(tǒng)，不應該被認為是各個部分的簡單相加。針對QI的發(fā)展，有必要采取綜合辦法。
QI的各組成部分應能夠對微型電網(wǎng)的各個方面確定適當?shù)臉藴?，?guī)范其正確應用，并有效驗證微型電網(wǎng)的一致性。
主要的標準化工作是重點面向各個功能，而不是整個微型電網(wǎng)系統(tǒng)。需要做出進一步努力，在系統(tǒng)層面制定標準。為了實現(xiàn)這一目標，必須首先填補各個微型電網(wǎng)功能的當前空白。將涉及安全、設計和運行等方面的標準匯集在一套文件中，全面描述可再生微型電網(wǎng)的開發(fā)和/或整體運行，將大大降低微型電網(wǎng)質量保證的復雜性。
微型電網(wǎng)的主要挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)級測試。微型電網(wǎng)測試的主要目標是使在不同的環(huán)境中復制微型電網(wǎng)系統(tǒng)變得容易和安全。標準化的測試程序允許微型電網(wǎng)CMM設備在不同的條件和不同的配置下進行測試，這是實現(xiàn)其目標的關鍵。目前，微型電網(wǎng)系統(tǒng)級測試通常是在系統(tǒng)構建和調試過程中，甚至在微型電網(wǎng)部署結束時通過物理測試完成的。這使利益相關者的風險更高。
更靈活和更具成本效益的測試方法將減少與微型電網(wǎng)相關的風險。將物理組件與模擬相結合，可以在無需構建完整的微型電網(wǎng)的情況下測試微型電網(wǎng)的控制功能，同時限制了測試成本，并易于調整。
微型電網(wǎng)的運行質量不僅取決于組件和設計的質量，還取決于安裝和維護。目前還沒有針對如針對光伏安裝和其他可再生能源的認證機構一樣的微型電網(wǎng)安裝商(和運營商)的合格認證機構，這主要是因為缺乏相關標準。如果已經存在許可證要求，例如針對光伏安裝商的標準，則擴展現(xiàn)有的許可證培訓，使其包括存儲和系統(tǒng)控制，可能是一種很好的解決方案。
（四）質量基礎設施的成本效益分析
QI的實施和執(zhí)行需要努力和前期融資，這將帶來長期、高質量的微型電網(wǎng)，并最終實現(xiàn)市場增長、整個價值鏈參與者獲得更好的報酬、對消費者的更嚴格的保護和更少的碳排放。
實施QI，可確保所安裝的系統(tǒng)能以預期的質量水平提供預期的服務。這減少了與系統(tǒng)低質量相關的成本，為了長期提供預期的服務必須經常對系統(tǒng)進行維修或更換，否則只能提供低質量的服務。
在早期市場階段，QI的首要好處是減少法律、監(jiān)管和性能的不確定性。不確定性的減少創(chuàng)造了一個更好的融資環(huán)境，釋放了市場增長并走向成熟所需的投資。
除了降低低質量的成本，QI還有助于實現(xiàn)微型電網(wǎng)的實際效益。很難量化地將這些效益與成功實施QI聯(lián)系起來。因此，需要使用指標來量化QI的效益或證明QI前期成本的合理性。本報告分析了7個具體案例，證明了QI的重要性，以及QI如何在具體案例中提升電網(wǎng)的性能和穩(wěn)定性，為相關方帶來更大的利益。CWEA
報告來源：國際可再生能源機構（IRENA）
https://www.irena.org/publications/2020/Dec/Quality-infrastructure-for-smart-mini-grids
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Dec/IRENA_Smart_mini-grids_outlook_2020.pdf
