面向新型电力系统的微电网与大电网协同关键问题研究 2024 -简版报告

结构的国家战略，邀请业内专家和各利益方参与，共同探讨中国电力部门低碳转型的路径和策略。通过建立一个广泛听取各方意见的平台机制，电力圆桌将各方关心的、有争议的、目前决策困难的关键问题提交到平台讨论，选出核心问题委托智库开展高质量研究，并将研究成果和政策建议提交到平台征求意见，从而支持相关政策的制定和落地，推动中国电力行业的改革和可持续发展，提高电力行业节能减排、应对气候变化的 复杂多变的国际形势，切实保障我国能源供应安全，必须开发和利用好用户侧资源和分布式电源，加强本地自平衡能力，实现源网荷储一体化项目、微电网等自平衡单元和大电网2015年以来，国家能源局颁布了系列文件，引导、支持微电网取得了一定的发展。包括微电网的应用场景和运营模式及对大电网影响尚不清晰，对于多元负荷、储能、分布式能源等多种自平衡单元的灵活资源特性匹配的研究不够深入，以及缺少相关政策体系和市场机制引导微电网健康发展。为此，本课题在总结微电网等自平衡单元与大电网协同发展面临问题的基础上，分析微电网典型应用场景和运营模式，提出微电网与大电网协同发课题组发现，目前微电网与大电网的协同发展存在几大问题，认识不统一，对微电网的概念和内涵理解存在偏差；微电网政策指引不明晰，影响微电网我国微电网应用场景丰富，主要包括商企建筑微电网、工业园区微电网、居民护用微电网、村镇社区微电网和偏远地区微电网等。为实现运行效率和用能成本最优，不同场景的微电网都需要由统一的运营主体进行整体运营，并对内部电源、电网、储能、用户等不同主体及外部电网进行协调。根据与大电网关系不同，可以分为并网自用型、并网公用型市场需求的持续增长、经济性的逐步改善以及运行模式的不断创新，共同构成了微电网与课题组认为，推动微电网与大电网协同发展，可以从强化顶层设计、提升方面入手。在强化顶层设计方面：一是强化规划统筹引领，开展微电划，充分发挥输配电网资源优化配置平台作用，做好微电网项目需求收集，引导不同电压等级、不同类型并网型微电网合理布局。二是推动关键技术创新，攻关微电网与输配电网协同规划技术、微电网“源网荷储”一体化控制技术、远程运维技术，建设微电网在线监在提升调控能力方面：一是提高协调运行水平，对于10千伏及以上微电网，按照调度协议确定的交换功率，优化系统调节资源，明确电网容量裕度，保障二是差异化参与需求响应，为不同电压层级微电网提供响应能力评估、参与策略制定等服务，优先将微电网纳入可调节资源库，细化入库资源多时空维度调控特性。三是建立高效信息共享机制，及时、规范、准确公开影响微电网运行的各类电网数据，辅助微电网优化（1）推动社会各界对分布式新能源发展共同责任的共识，倡导分布式新能源业主和（2）定期开展配电网分布式新能源承载力计算，逐步建立微电网有序发展的评估预（3）适时修订配电网规划设计、分布式新能源并网相关技术标准。结合高渗透率分布式新能源接入对配电网规划和运行的影响，对行业及电网公司相关配电网规划设计技术（4）鼓励和扶持商业运营模式创新，构建完整的商业化运作流程，降低微电网项目的投资风险，并保障收益稳定性。依靠政策性银行前期支持，保险、担保公司配合，降低面向新型电力系统的微电网与大电网发展形势及面微电网可解决大量位置分散、形式多样、特性各异的分布式电源简单直接并网运行对电网和用户造成的冲击，减小其接入对电能质量、系统保护、系统运行等带来不利的影响。依托传统电网在技术、管理、运营、服务等方面长期累积的优势，微电网在促进分布式新能源消纳、提升电力普遍服务水平、保障个性化用能需求、提升能源综合利用效率等方面，将更好地发挥自身优势和独特作用，但目前仍面临如何与大电网协同发展世界各国发展微电网的驱动力和历程不同，对微电网定义的理解存在一定差异。美国重点考虑用户的电能质量和供电可靠性，关注微电网的“可控”和“自治”；欧盟更多考虑微电网在提升清洁能源发电渗透率、满足用户对多样化能源和电能质量需求等方面的潜力；日本对微电网的需求集中在解决海岛供电和提升供电可靠性，其关于微电网微电网是一种由负荷和微电源共同组成的系统。它可同时提供电能和热能。微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制。微电网相对于输配电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和由区域内互联的负荷和分布式电源组成，对于电网而言是具有明确的电力边界且单一可控的系统。微电网可以与输配电网连接或断开，对应并网运行模式和微电网是面向小型负荷提供电能的小系统，它与传统电力系统的区别在于其电力主要由可控的微型电源提供，除了满足负荷需求和维持功率平衡外，也可能微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源，根据用户需求提供电能的小在综合考虑国外情况的基础上，结合我国国情，现行国家标准（GB/T33589-监控、保护和自动化装置等组成（必要时含储能装置），是一个能够实现内部电力电量基本平衡的小型供用电系统。微电网分为并网型微电网和独立型微电网。国家发改委、国家中，给出了微电网“微型、清洁、自治、友好”的基本特征，细化了微电网定义中电压等级、系统容量、可再生能源装机容量及占比、能源综合利用效率以及与输配电网的交互电1东京大学在可再生能源和电力系统领域具有很高的学术声誉，其对于微电网的定义全面、清晰，且经过在这一背景下，课题组认为需要提出适应新形势、新要求的微电网概念。综合考虑国内外研究成果，结合微电网在新型电力系统中的定位和功能，本课题提出前瞻性和包容性的微电网定义：微电网是一个由分布式电源、储能系统、负荷和智能控制设备组成的独立小型电力系统，能够在并网和孤岛模式下灵活运行和自主管理。它不仅是电力供应和管理的载力供应薄弱的区域，有效弥补主电网的不足。在主电网发生故障时，微电网的孤岛运行能2.消纳作用：微电网可以充分利用本地的太阳能、风能等可再生能源，提高可再生能源的利用率，推动清洁能源的发展，并通过智能控制系统优化可再生能源的发电和消纳3.成本效益：微电网通过智能化的能源管理系统，实时监测和优化能源使用情况，通过优化能源结构和提高能效，能够显著降低能源消耗和运行成本，实现更加经济的电力能源结构转型，实现环保和减碳目标。通过配置光伏储能系统实现的园区自发自用电量皆2015年以来，国家能源局颁布了系列文件，引导、支持微电网取得了一定的发展。当前我国微电网发展多以独立型微电网示范为主，并网型微电网发展相对缓慢，国家一是社会各界对微电网认识不统一，导致对微网与大电网协同发展的核心工作认知不同。2015年以来，国家颁布一系列政策和技术标准指导引领微电网发展，现行国家标准侧重从技术和物理层面进行定义，概念清晰明确。但相关政策没有严格与国家标准保持一致，对微电网电压等级和指标要求不统一，难以有效指导微电网与大电网的协同运行。社会上的呼吁和诉求，则多出于个体或局部私利，借用微电网之名，行“隔墙售电”或拉专线供电之实，将增量配电、自备电厂、趸售用户等运营形式混淆为微电网，而非真正的微网，因为较高自治能力要求，建设成本高于同等条件下的输配电网，目前电价政策和市场交易方面的支持细则和机制尚未落实，难以通过参与电力辅助服务等方式获其二，并网型微电网享受与输配电网连接的诸多红利，但后者为此提供的备用容量缺乏合理的补偿机制，增加了输配电网的负担。其三，微电网项目在“源网荷储”各环节可能存在多个投资主体，利益诉求不尽一致，管理模式复杂多样，全流程管理规则缺失，安全职三是微电网相关技术成熟度和稳定性还未完全满足大电网的要求。现目前，由于微电网对建设运行成本尚未实现优化管理，运行效率效益还存在一定的提升空间，在系统控制、能量管理、运维等方面经验不足，未形成完整成熟的与大电网协同运行微电网典型应用场景和根据地理位置、资源禀赋和用能特性差异，可以对微电网典型应用场景和运营模式商企建筑通常含有电力、生活热水和制冷制热等多样化用能需求。通过打造以电为降低用能成本。部分医院、数据中心、精密制造企业还可通过微电网深度定制化，来满足高可靠性用电、高电能质量等个性化需求。微电网内分布式电源以屋顶光伏为主，并电热耦合设备或热电联产设备、燃气轮机来满足系统综合用能需求；利用各类型储能设唯一外部能源，就地利用太阳能、地热能等可再生能源，实现对电、冷、热、热水1.4兆瓦太阳能空调、1兆瓦太阳能热电池等多种分布式能源转换设备，构成高比例可再生能源消纳和100%全电的能源解决方案。该微电网可再生能源占比最高达到64.2%，能源自给率达工业园区用户聚集程度高、负荷规模大且相对平稳。由于区厂房屋顶和空地条件，可建设以分布式光伏、储能为主的微电网，在风力资源丰富地区还可接入分散式风电。通过“冷热电”三联供、储热/蓄冷等装置，能兼顾满足冷、热等其他用能需求。工业园区微电网容量以兆瓦级为主，电压等级通常为10千伏，部分采用典型运行方式：分布式电源优先满足园区用电需求，不足部分通过外部电网合峰谷电价机制，储能在电价低谷时段或分布式电源大发时段充电、电价高峰时段放电，光伏发电资源丰富，2016年典型日峰值负荷3.8兆瓦。高新区微电网共接入光伏8兆瓦、储能8兆瓦时、充电桩22×250千瓦，两个园区各通过一回10千伏联络线最大化消纳光伏发电，电量自给率接近100%，降低了园区用能成本。目前正在积家庭居民用电离散性强、耗电量小。居民户用微电网是颗粒度最小的在满足用能需求前提下，能够降低家庭用能成本，最大化提升居民满意度。居民户用微电典型运行方式：在白天时段，光伏在满足负荷需求前提下，对储能进行充电；夜晚时段，储能释放存储的能量满足负荷用电需求。电价峰谷价差较大的地区，可结合储能进行12千瓦时磷酸铁锂电池，保证生活所需的消纳接入光伏，同时利用深圳当地较高的峰谷电价差来降低用能成本，一年可节省水能、生物质能的开发潜力。村镇社区微电网因地制宜利用当地可再生资源禀赋，结合储能、可控负荷及电动汽车等资源，在满足本地能源可靠供应的同时，降低用能成本，支撑村镇绿色低碳转型，同时为乡村规模化发展分布式可再生能源提供实现途径。村镇社区微电网以光、储为主要形式，部分地区配置生物质或柴油发电机作为能源供应保障，容量从几十千瓦级到兆瓦级不等，电压等级通常为0.4千伏或10千伏，个别规模较大地区选用进分布式光伏100%消纳，同时为营里乡负荷供电提供了稳定保障。自投运以来，营里乡供电区域电压合格率由86%提高到98.4%。2019年营里乡光伏利用小时数偏远地区输配电网延伸困难，燃料运输不便，存在无电或缺电问题，且生态环境脆弱，易受极端恶劣天气影响。偏远地区负荷主要以居民生活用电等需求为主功率较小且增长不均。其中，海岛区域还存在旅游用电负荷，季节性特征明显。偏远地区微电网可充分利用当地太阳能、风能、海洋能等可再生资源，为消除无电或缺电问题提供解决方案，有助于提升当地居民生活品质。以风、光、水、柴、储为主要能源形式，容量案例：案例：南麂岛位于浙江温州平阳县，距离大陆海岸线约五十公里，拥有丰富的千瓦。微电网建设前，当地居民主要依靠柴发供电，发电成本高、环境污染大，尤了更具经济性的方案，建成了我国首个兆瓦级独立型海岛微电网工程,相比海缆建设节约了61%的投资成本。工程充分利用海岛丰富的太阳能、风能资源，接入了可靠供电。自投运以来，南麂岛微电网新能源发电累计占比超过55%，降低了柴油消耗，度电成本由原来的4.5元降低为3元，在保证供电可靠经济的同时，改善了消耗，度电成本由原来的4.5元降低为3元，在保证供电可靠经济的同时，改善了独立型三类。其中，并网自用型微电网主要满足单一用户电力需求，直接与输配电网进行电力交易，不足部分依靠电网提供，多余电力可上网，但不得向其他用户售电；并网公用型微电网为微电网内一个或者多个用户供电，与外部电网（输配电网）有电力电量交换，按国家政策开展电力服务；独立型微电网不与外部电网互联，独立承担用户供电服务，主为实现运行效率和用能成本最优，微电网需要由统一的运营主体进行整体运营内部电源、电网、储能、用户等不同主体及外部电网进行协调。并网自用型、并网公用型委托第三方运营。该类微电网具有私有属性，主要是满足用户自我电力需求，与输配电网用户投资自主运营模式。内部各主体无需进行交易结算，用户与输电量结算，上网电价执行燃煤发电基准价，下网电价执行目录电价。收益途径包括余电上网收益、可再生能源补贴、减少购电成本、减少需量电费。未来市场机制成熟下也可通过用户投资第三方运营模式。与用户投资自主运营的不同在于，用户不具备专业运营能力，引入第三方专业运营商进行运营。第三方作为运营主体与输配电网进行上下网电量结算。收益途径包括余电上网收益、可再生能源补贴、减少购电成本、减少容量电费等。收益均归投资方所有，用户向第三方支付运营费用，或与第三方协商进行收益分成。当市场由供电企业投资，供电企业负责运营；二是由单一或多主体投资，第三方负责运营。该类供电企业投资运营模式。供电企业按照国家电价和补贴相关政策向电源投资方支付上网电费、转付补贴资金。收益途径为供电企业向用户售电并按国家目录电价收取费用。微电网可视为常规电网改造升级工程，与输配电网没有上下网电量结算关系。国家发展改革委、国家能源局《关于加快推动新型储能发展的替代性储能设施成本收益纳入输配电价回收，供电企业投资微电网内储能有望通过政策争微电网要求“独立核算”，暂时不能通过输配电价疏导，仅通过收取用户电费难以覆或参照增量配电采取趸售方式向输配电网购电。微电网运营主体负责开展内部交易，采用统购统销模式，或由分布式电源通过配电设施直接向网内用户供电，各方自行协商交易价格。收益途径与并网自用型类似，余电上网收益归运营主体所有，可再生能源补贴归投资方所有，用户可通过减少购电成本、减少容量电费获得收益。在市场机制健全及政策允许并网公用型微电网为用户提供供电服务，需要取得供电类电力业务许可，并承担安全责任以及输配电网为其提供备用而产生的备用容量费。该模式具备大规模参与市场化该类微电网主要为履行供电普遍服务，根据用户性质具有公共属性或私有属性。投资运营主体不同，可分为用户、供电企业或第三方等投资运营模式。其中，由用户投资运营的自用型微电网，主要满足自身用电，不存在对内或对外交易；由供电企业或第三方投资运营的公用型微电网，按照国家电价政策向用户售电，其收益方式包括售电收益和电运营式源网储电成本、减少容量与输配电网开展上/第三方电成本、减少容量运营式源网储第三方/源补贴归投资方所微电网运营主体负责与输配电网进行主体在市场机制健全及政策允许下，可能会通过外部电网参与分布式发电//微电网在不同发展阶段对电网规划影响不同。微电网作为一种分布式电源接入电网的有效组织形式，其简单统一的负荷特性或电源特性使得其对电网规划的影响与分布式电源相比更易处理。微电网发展初期规模较小时，有利于缓解电网建设压力，可以延缓电网规划投资，尤其在新增负荷点建设微电网，不会造成配电网潮流的大幅变动，从而节省配电甚至出现负增长。公共电网对于负荷的功能由供电转变为备用，传统电网规划方法不再适微电网并入大电网后，将从根本上改变大电网网架结构，导致系统故障后的电气量特征发生巨大变化。传统的故障检测方法和继电保护模式难以满足电网运行安全要求。微电网作为一种新型的电力系统网络，其能量供需平衡依然是优化调度首先要解决的问题。微电网通过一定的控制策略，确保微电网中的各分布式电源及储能装置的输出功率满足微电微电网接入配电网后，改变了传统配电网的结构，使单电源辐射状配电网变成了包含多电源的新型配电网，故障电流的大小、方向和持续时间均发生改变，给系统保护带来很产生的故障电流减小，导致原有保护装置无法达到整定值，无法动作。某些线路上的速断保护可能完全失效，形成速断保护死区，不能及时切除线路故障；此外，微电网接入有可能改变配电网故障电流水平，故障电流水平的提高将使原有的保护装置无法满足需求，必微电网与大电网协同发展针对前文分析到的社会认识不统一、政策指引不清晰、相关技术成熟度和稳定性不足等挑战，本课题建议从强化顶层设计、提升调控能力两大方面促进微电网与大电网协一是强化规划统筹引领。开展微电网与输配电网协同规划，充分发挥输配电网资源优化配置平台作用，做好微电网项目需求收集，引导不同电压等级、不同类型并网型微做好偏远地区独立型微电网规划建设。研究微电网模块化、低成本、免维护组网技术，制定模块化设计方案，提升微电网设备的通用性、互换性。积极推广光储一体化微电网二是推动关键技术创新。研究微电网与输配电网协同规划技术、微电网“源网荷储”一体化控制技术、远程运维技术，建设微电网在线监测系统，智能诊断设备运行状况，应用“大云物移智链”等先进信息通信技术，三是完善技术标准体系。完善微电网规划设计标准，明确微电网的负荷需求明确微电网运行方式与控制、联络线交换功率控制、电网异常响应、运维管理、计划检修等内容。健全需求侧响应标准，修订《并网型微电网需求响应技术要求》，推动出台《微电网需求响应技术导则》等技术标准。构建能效评价体系，研究制定《微电网能效评估导优化系统调节资源，明确电网容量裕度，保障新能源足额消纳。对于低压微电网，免签调频率控制策略，提高输配电网对微电网的电压、频率支撑能力。加强微电网谐波检测，提二是差异化参与需求响应。为不同电压层级微电网提供响应能力评估、参与策略等服务，优先将微电网纳入可调节资源库，细化入库资源多时空维度调控特性。建立各电微电网与输配电网互动的多层级需求响应控制与市场体系。建交易记录，设计定制化需求响应套餐，满足不同响应能力微电网的参与需求。鼓励微电网提升需求响应水平，制定微电网需求响应服务评价指标，对周期内评价优异的微电网运营辅助微电网优化运行策略，进一步提升微电网新能源消纳水平和供电质量。搭建信息共享平台，建立微电网上下游产业链信息共享机制，推动政府、行业、企业等广泛开展合作，微电网技术经济性微电网经济性综合评价的基础是建立科学合理的指标体系，直接关系到微电网与大电网协同规划和运行结果的准确性和可信度。评价指标体系的构建需要满足如下原则：可从保供评价、消纳能效、节能减排和投资收益等方面设置评价指标。再结合微电网建设实际情况，负荷特性、分布式电源等，将保供评价、消纳能效、节能减排和投资（1）微电网内含有多种分布式电源，考虑其输出具有随机性、波动性等特点，因此设置相关指标表征分布式电源的有功功率、无功功率变化等，具体设置3个指标，即有（2）考虑微电网综合发电成本与优化调度各分布式电源，设置相关指标表征分布式电源容量与当地负荷需求间关系，具体设置4个指标，即电量自平衡度、分布式电源功（3）我国微电网建设规范要求微电网中可再生能源要占到一定比例，为了表征利用（5）随着越来越多可再生能源并网发电，消纳问题日益突出，为了表征微电网可再设置3个指标，即储能功率与负荷之比、（8）微电网中分布式可再生能源可有效减少煤炭等不可再生能源的消耗，减少二氧化碳、二氧化硫排放，保护全球环境资源。微电网在节能、环保方面优势显著，设置环保（9）微电网工程初始投资是工程项目必须测算的一项内容，为了表征竣工投产的微技术评价指标微电网经济性评价指标体系综合效能指标节能减排指标投资收益指标无功功率变化率指标有功功率变化率指标电量自平衡度指标交换功率峰谷差率指标将保供评价、消纳能效、节能减排和投资收益作为一级评价指标。其中，保供评标包含10个二级指标；消纳能效评价指标包括5个二级指标；节能减排评价指标包含4技术评价指标微电网经济性评价指标体系综合效能指标节能减排指标投资收益指标无功功率变化率指标有功功率变化率指标电量自平衡度指标交换功率峰谷差率指标分布式电源功率与负荷之比指标可控分布式电源功率与负荷之比指标分布式能源自用率指标可再生能源发电占比指标独立运行持续供电时间指标独立运行持续供电负荷占比指标可再生能源发电利用率指标储能功率与负荷占比指标储能功率与分布式电源功率占比指标年化石能源节约量指标年二氧化碳排放减少量指标年二氧化硫排放减少量指标度电成本指标投资回收期指标一次投资成本指标运行维护成本指标报废成本指标单项指标评价是对微电网规划建设方案中的单个具体指标在规划期内的提升成效进行①对于已有明确区间规定的限制类评价指标，将其规划期末经计算得出的指标值与规定区间进行比较，根据指标计算值与规定区间的偏离程度进行评分。若指标计算值落入规定区间，则该项指标达标，可赋予较高的评分；若该指标数值未达到规定区间，则根据指标值进行比较，根据指标计算值与目标值的偏离程度进行评分。若该指标计算值达到目标值，则该项指标达标，可赋予较高的评分；若该指标数值未达到目标值，则根据指标值偏③对于趋势类评价指标，将其在规划期内变化趋势与规划预期趋势进行比较，若趋势层级指标评价是对微电网规划建设方案中的某个一级指标在规划期内的提升成效进行的评价。层级指标评价可根据评价目的选取其中若干个一级指标进行评价，评价应给出总体结论与评分，评分采取百分制，通过对各单项指标赋权、评分，经加权后计算得出层级③对于单项指标，选取适用的指标赋权方法对单项指标进行赋权，将各指标得分进行加权计算，得出层级指标评价得分，并通过比较后给出规划方案对于选定层级指标提升的综合评价是对微电网建设规划的综合经济成效进行评价。应依据评价指标体系，从技采用百分制，分数由一级指标评分加权计算得到，一级指标评分参照层级指标评分计算方法，指标权重根据基于合作博弈的指标权重方法得到。综合评价应涵盖指标体系中全部一级指标，但二级指标可根据评价区域实际情况选择。综合评价应给出总体评价结论和规划盐城怡宁微电网产业园区构建了以光伏、储能为主要电源的微电网，针对微电网120%100% 80% 60% 40%20%0.0250.0450.0650.0850.1050.1250.1450.1650.1850.500.400.3002000150010005000.0250.0450.0650.0850.1050.1250.1450.1650.185政策需求与基于上述微电网与大电网协同发展的挑战和举措，为使大电网与微电网的技术与经（1）推动社会各界对分布式新能源发展共同责任的共识，倡导分布式新能源业主和用户积极参与微电网与大电网的协调规划和运行。借鉴国外经验，探索市场化手段引导分布式新能源发展。在当前我国政策条件下，分布式新能源不参与任何系统调节，电网企业几乎承担了全部系统稳定运行控制的压力，应从全社会成本优化的角度，鼓励分布（2）定期开展配电网分布式新能源承载力计算，逐步建立微电网有序发展的评估