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近輸電系統(tǒng)有關(guān)電網(wǎng)現(xiàn)代化的討論很多。電網(wǎng)現(xiàn)代化似乎是新的、意義廣泛的短語(yǔ)，涵蓋了很多不同的主題。盡管基于不同的角度，但重點(diǎn)可能是新形式的基礎(chǔ)設(shè)施或提高電力系統(tǒng)的效率，也許專家們還有興趣減少碳足跡或使用更新的智能電網(wǎng)技術(shù)、這方面也有很多討論。當(dāng)所有有關(guān)電網(wǎng)現(xiàn)代化的言論被重新審視和簡(jiǎn)化后，它就變得很簡(jiǎn)單：需要一個(gè)更加動(dòng)態(tài)和靈活的電網(wǎng)來(lái)滿足21世紀(jì)的需求。

 戈梅拉島使用ABB提供的一個(gè)500千瓦基于飛輪儲(chǔ)能的PowerStore，成為典型意義上的分布式能源。該解決方案提供高速電網(wǎng)穩(wěn)定性，以保持供需平衡(ABB)

幸運(yùn)的是，電網(wǎng)的相關(guān)各方從多年前即致力于通過(guò)在電網(wǎng)上部署大量數(shù)字技術(shù)來(lái)植入現(xiàn)代化的種子。傳統(tǒng)電網(wǎng)的規(guī)模和復(fù)雜性使現(xiàn)代化成為一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，但這些先進(jìn)技術(shù)正在使現(xiàn)代化成為可能。技術(shù)發(fā)展已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)智能化，如，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)分析診斷，決策資產(chǎn)管理系統(tǒng)和下一代可調(diào)度的可再生能源。

近75.6%的電力公司已經(jīng)或正在制定現(xiàn)代化政策(Black&Veatch)

技術(shù)轉(zhuǎn)型

隨著電網(wǎng)從電力供應(yīng)商擴(kuò)展到能源服務(wù)平臺(tái)，消費(fèi)者成為產(chǎn)消者，尖端技術(shù)正在被結(jié)合起來(lái)，以提供人們無(wú)法預(yù)料的、改變游戲規(guī)則的能源消費(fèi)格局。“轉(zhuǎn)型”一詞在論文和討論中不斷涌現(xiàn)。這些非凡的技術(shù)正在將電力公司的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅Ｒ?guī)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，這些戰(zhàn)略正在模糊發(fā)電商，配電商和客戶之間的區(qū)別。他們也在通過(guò)使用更少的煤和核能以及更多的風(fēng)能，太陽(yáng)能和天然氣來(lái)改變發(fā)電資源組合。

反過(guò)來(lái)，這為分布式能源(DER)系統(tǒng)開(kāi)啟了大門，許多專家宣稱分布式能源將是電網(wǎng)現(xiàn)代化事業(yè)的大加速器。原來(lái)的DER概念很簡(jiǎn)單：小型能源 - 例如汽油或柴油發(fā)電機(jī)，屋頂太陽(yáng)能和燃料電池 - 被放置在電表后端客戶側(cè)，以保持照明或減少電費(fèi)。從那時(shí)起，DER一直在發(fā)展，并演變成現(xiàn)在被稱為DER系統(tǒng)的各種數(shù)字技術(shù)。

新的DER系統(tǒng)包括發(fā)電設(shè)備，監(jiān)控系統(tǒng)，控制方案和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(ESS)，這些系統(tǒng)能夠在連接電力生產(chǎn)商和消費(fèi)者時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。當(dāng)這些獨(dú)立的系統(tǒng)整合時(shí)，它們不僅僅再是它們各部分的總和，他們變得更加復(fù)雜。盡管不是什么尖端科學(xué)，但它確實(shí)需要更好地了解技術(shù)和用戶的需求�？梢哉f(shuō)，DER系統(tǒng)在電網(wǎng)現(xiàn)代化過(guò)程中的價(jià)值表現(xiàn)為：它們可以滿足高度定制化的要求，并在需要的地方準(zhǔn)確應(yīng)用。

分布式發(fā)電在電力企業(yè)的電網(wǎng)現(xiàn)代化計(jì)劃中扮演著重要角色(Black&Veatch)

期望和策略

Black&Veatch每年都會(huì)發(fā)布其“戰(zhàn)略方向報(bào)告”，該報(bào)告對(duì)公用事業(yè)高管們就行業(yè)中正在發(fā)生的關(guān)注和趨勢(shì)進(jìn)行了調(diào)查。2018年的報(bào)告包含幾個(gè)主題，電網(wǎng)現(xiàn)代化就是其中之一。Black&Veatch報(bào)告說(shuō)：“大部分公用事業(yè)受訪者(76%)都在忙于開(kāi)發(fā)電網(wǎng)現(xiàn)代化計(jì)劃，或者已經(jīng)制定了新的配電策略，其中40%正在實(shí)施已經(jīng)制定的電網(wǎng)現(xiàn)代化計(jì)劃，而有36%的人正在制定，在目前沒(méi)有從事電網(wǎng)現(xiàn)代化的24%中，超過(guò)一半的人正在考慮這一點(diǎn)。“

Black&Veatch的研究證實(shí)了許多官方的說(shuō)法：電網(wǎng)現(xiàn)代化對(duì)于電網(wǎng)公用事業(yè)和運(yùn)營(yíng)商非常重要。不管喜不喜歡，現(xiàn)代化正在發(fā)生。其中一個(gè)研究的要點(diǎn)是正在引起廣泛興趣的DER系統(tǒng)。今年的調(diào)查顯示，在所有反饋當(dāng)中，45.8%的公用事業(yè)高管選擇將DER系統(tǒng)集成為其計(jì)劃的驅(qū)動(dòng)元素。

這不僅對(duì)他們很重要，而且也是電網(wǎng)現(xiàn)代化進(jìn)程中的關(guān)鍵因素。這個(gè)細(xì)節(jié)很重要，因?yàn)樵谶^(guò)去，DER系統(tǒng)已經(jīng)連接到電力系統(tǒng)，但沒(méi)有人擔(dān)心如何將它們整合到電網(wǎng)的運(yùn)行中。這可能看起來(lái)像撥開(kāi)頭發(fā)，但現(xiàn)在看來(lái)它還是很復(fù)雜的。當(dāng)DER的滲透率增加時(shí)，將其整合到電力系統(tǒng)中，以確保電網(wǎng)作為一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行實(shí)體，變得更為困難。

Navigant Research公布的一份報(bào)告顯示，到2024年，全球安裝的DER系統(tǒng)容量將達(dá)到530.7GW。報(bào)告指出：“在許多市場(chǎng)中，DER的部署正在挑戰(zhàn)現(xiàn)有的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)模式，需要一個(gè)具有高級(jí)通信和預(yù)先設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，確保穩(wěn)定，效率和公平。“

Black&Veatch的調(diào)查現(xiàn)在成為焦點(diǎn)，要安裝這個(gè)規(guī)模的DER，需要業(yè)主/運(yùn)營(yíng)商的大量資源。過(guò)去電力公司討論整合DER系統(tǒng)似乎很容易，但530GW是一個(gè)挑戰(zhàn)。

一些組織和機(jī)構(gòu)報(bào)告了DER系統(tǒng)的真正優(yōu)勢(shì)在于本地化，它們能夠使區(qū)域各種不同的資源與負(fù)載相匹配。在當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)匹配意義重大，因?yàn)橄衩绹?guó)能源部(DOE)這樣的權(quán)威機(jī)構(gòu)多年來(lái)一直強(qiáng)調(diào)，90%的電力中斷都發(fā)生在配電系統(tǒng)上。DER/ESS方案的本地化已被證明可以減少用戶停電，這已經(jīng)引起了配電網(wǎng)的關(guān)注。為了同樣的目的，將DER系統(tǒng)應(yīng)用到大電網(wǎng)側(cè)也是一種進(jìn)步。只需要有人說(shuō)，“讓我們把這些DER應(yīng)用做得更大”，它為電網(wǎng)規(guī)模的DER方案打開(kāi)一扇門，將改變輸電和配電系統(tǒng)界面。

康涅狄格州電力能源合作社(CMEEC)的DER系統(tǒng)：包括一個(gè)光伏電站和具有先進(jìn)控制技術(shù)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(CMEEC)

分布式能源與儲(chǔ)能

這種轉(zhuǎn)變有很多原因。可再生能源已經(jīng)幫助改變了供用電的邊界，從消費(fèi)者到產(chǎn)消者的轉(zhuǎn)變，我們的許多客戶已經(jīng)成為了產(chǎn)消者。極端天氣事件也產(chǎn)生了影響。有趣的是，天氣的影響已經(jīng)得到監(jiān)管機(jī)構(gòu)和客戶的更多關(guān)注。當(dāng)冰暴和颶風(fēng)摧毀供電系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)人都感到不安，在大量資源用于加強(qiáng)電力系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)風(fēng)暴之后，情況尤其如此。

大多數(shù)人都明白，面對(duì)龍卷風(fēng)，火災(zāi)，洪水和其他災(zāi)難時(shí)，只有少部分技術(shù)可以做到保持照明，我們這是才會(huì)注意到DERs/ESS在這些地區(qū)的作用。這些小型設(shè)備為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施提供了電力，使其能夠在電網(wǎng)停電后繼續(xù)運(yùn)行，這提高了對(duì)DER技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

當(dāng)然，受關(guān)注的還是微網(wǎng)，它是DER系列的重要組成部分。微網(wǎng)被定義為電網(wǎng)的小規(guī)模版本，配有分布式發(fā)電(通常是風(fēng)能或太陽(yáng)能)，先進(jìn)控制系統(tǒng)，孤島功能和儲(chǔ)能設(shè)施。過(guò)去，這些設(shè)備都是位于電表后端用戶側(cè)的小型系統(tǒng)，適用于個(gè)人客戶，但這種情況正在發(fā)生變化，目前的微網(wǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn)移了電表的前端，并且規(guī)模越來(lái)越大，這幫助他們獲得了電網(wǎng)所有者和運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)可。

由于島上安裝了太陽(yáng)能設(shè)施，考艾島公用事業(yè)合作社中午的太陽(yáng)能發(fā)電幾乎飽和。因此，合作社在其13兆瓦的光伏電站內(nèi)安裝了52MWh的鋰離子(Li-ion)電池，以便儲(chǔ)存太陽(yáng)能。該合作社近宣布將增加另外19.3MW的太陽(yáng)能發(fā)電和70MWh的電池存儲(chǔ)，加入到現(xiàn)有的屋頂太陽(yáng)能，電池和可控負(fù)載等DER系統(tǒng)。這種電網(wǎng)級(jí)DER系統(tǒng)為太陽(yáng)能發(fā)電提供持續(xù)的服務(wù)，并穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換。

康涅狄格市政電力能源合作社(CMEEC)及其合作伙伴SolarCity在康涅狄格州Bozrah，Norwich和Groton安裝了多個(gè)太陽(yáng)能設(shè)施，總裝機(jī)容量為13MW，配備1.5MW/6MWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。根據(jù)新聞稿，“將在Norwich設(shè)置的電池儲(chǔ)能將與SolarCity的GridLogic控制技術(shù)集成，使CMEEC能夠遠(yuǎn)程調(diào)控存儲(chǔ)能量來(lái)管理峰值負(fù)載并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率。”

這些電網(wǎng)集中式的DER/ESS項(xiàng)目為CMEEC的網(wǎng)絡(luò)提供了可靠性支持，并使能源更加安全。

分布式能源的部署

輸電配電邊界的移動(dòng)并不新鮮，很多年以前就發(fā)生過(guò)。早受到關(guān)注的是圣地亞哥燃?xì)怆娏�公�?SDG&E)的Borrego Springs微電網(wǎng)項(xiàng)目。Borrego Springs坐落在2007年被野火摧毀的輻射供電線路末端。在美國(guó)能源部和加利福尼亞能源委員會(huì)資助下，SDG&E為該鎮(zhèn)建造了一個(gè)微電網(wǎng)。該系統(tǒng)與客戶的屋頂太陽(yáng)能裝置相互連接，包括兩臺(tái)1.8MW柴油發(fā)電機(jī)組，一臺(tái)500kW/1500kWh電池儲(chǔ)能裝置和三臺(tái)較小的50kWh電池。

SDG&E Borrego Springs微電網(wǎng)具有多種能源資源，可以構(gòu)建強(qiáng)大的系統(tǒng)(國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室)

該系統(tǒng)于2013年受到惡劣天氣摧毀輸電線路的考驗(yàn)。微電網(wǎng)在輸電線路恢復(fù)的24小時(shí)中承擔(dān)了全部負(fù)載。2015年該DER系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，連接到26MW的太陽(yáng)能設(shè)施。SDG&E表示，該項(xiàng)目經(jīng)常被用作能源創(chuàng)新的代表。

原來(lái)的Borrego Springs微電網(wǎng)(如圖所示)其在電網(wǎng)上的角色多年來(lái)不斷變化(加州能源委員會(huì))

另一個(gè)為大型DER項(xiàng)目提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的項(xiàng)目是Ameren技術(shù)應(yīng)用中心DER項(xiàng)目。該項(xiàng)目毗鄰伊利諾伊州Champaign的UIUC校園，于2016年12月成為北美個(gè)實(shí)用規(guī)模微電網(wǎng)。Ameren的微電網(wǎng)運(yùn)行在4 kV和34.5 kV之間，具有多級(jí)控制。Ameren DER項(xiàng)目將太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)，天然氣發(fā)電機(jī)和電池儲(chǔ)能相互連接，產(chǎn)生1475kW的電力。

Ameren的DER系統(tǒng)由施耐德電氣的EcoStruxure軟件控制。這個(gè)基于云的軟件平臺(tái)簡(jiǎn)化了DER系統(tǒng)與電網(wǎng)的集成。Ameren系統(tǒng)使用100千瓦的Northern Power Systems風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，125千瓦英利太陽(yáng)能太陽(yáng)能電池陣列，兩臺(tái)500千瓦的Caterpillar天然氣發(fā)電機(jī)和一臺(tái)250千瓦的S&C Electric Co.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以提供兩小時(shí)的電力。

Ameren微電網(wǎng)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)，天然氣發(fā)電，光伏電站和電池儲(chǔ)能相互連接。微電網(wǎng)可以直接向當(dāng)?shù)乜蛻糨斔碗娏Γ瑢㈦娏�輸送到電網(wǎng)或進(jìn)行存儲(chǔ)(Ameren)

近，Xcel能源公司宣布將與松下公司和丹佛國(guó)際機(jī)場(chǎng)一起安裝大型DER系統(tǒng)。該項(xiàng)目包括位于饋線上的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，太陽(yáng)能約占30%。據(jù)一位項(xiàng)目發(fā)言人稱，“松下項(xiàng)目的四個(gè)主要組成部分包括：1.6兆瓦直流機(jī)庫(kù)頂部太陽(yáng)能安裝，松下公司的259千瓦直流屋頂光伏系統(tǒng)，1MW/ 2MWh鋰離子電池以及開(kāi)關(guān)和控制系統(tǒng)來(lái)操作儲(chǔ)能系統(tǒng)和微電網(wǎng)功能。“

電池系統(tǒng)包含Younicos GmbH的Y.Cube，由Younicos提供的智能YQ儲(chǔ)能控制軟件。DER系統(tǒng)通過(guò)緩釋控制提供頻率調(diào)節(jié)，太陽(yáng)能電網(wǎng)整合，以及電網(wǎng)調(diào)峰，電價(jià)套利和非日光時(shí)間的備用電力。

Xcel Energy與松下和丹佛國(guó)際機(jī)場(chǎng)建立了一個(gè)獨(dú)特的公私合作伙伴關(guān)系，以建立一個(gè)大型DER系統(tǒng)示范項(xiàng)目(Xcel Energy)

分布式能源的消納

由于ABB，伊頓，通用電氣，S&C Electric，西門子公司和施耐德電氣等制造商引進(jìn)了更先進(jìn)的DER系統(tǒng)，因此這些電網(wǎng)側(cè)DER系統(tǒng)項(xiàng)目正在獲得動(dòng)力。這些努力的結(jié)果是越來(lái)越重視重新定義電網(wǎng)邊界。電力研究院(EPRI)關(guān)于將DER系統(tǒng)納入電網(wǎng)的報(bào)告稱：“通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，政策激勵(lì)和消費(fèi)者在技術(shù)和服務(wù)方面的選擇，DER在未來(lái)的作用可能變得更加重要。 “

EPRI在報(bào)告中指出，DER技術(shù)的真正價(jià)值在于它所提供的服務(wù)，但現(xiàn)有監(jiān)管政策，程序和規(guī)則使其變得困難。幸運(yùn)的是，這正在發(fā)生變化。監(jiān)管機(jī)構(gòu)和其他利益相關(guān)方更好地理解了DER技術(shù)為電網(wǎng)彈性，安全性，需求響應(yīng)和效率提供服務(wù)。

幾年前，當(dāng)政策制定者開(kāi)始改變互連規(guī)則并為部署DER系統(tǒng)提供激勵(lì)時(shí)，友好的監(jiān)管政策就已經(jīng)開(kāi)始了。聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)近幾年已經(jīng)連續(xù)發(fā)布新的指令，承認(rèn)使用ESS的DER系統(tǒng)的價(jià)值。

通過(guò)890和719號(hào)指令，F(xiàn)ERC允許安裝儲(chǔ)能技術(shù)的公司獲得補(bǔ)償。在2011年，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)通過(guò)755號(hào)指令接受了快速響應(yīng)技術(shù)(例如電池和飛輪)的價(jià)值。2013年，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)的784號(hào)指令廣泛地向DER / ESS技術(shù)開(kāi)放輔助服務(wù)市場(chǎng)。2016年末，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)公布了一項(xiàng)提議的規(guī)則制定通知，以更有效地將電力存儲(chǔ)資源整合到有組織的市場(chǎng)。

2018年儲(chǔ)能取得更實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。FERC在2月15日的投票種一致通過(guò)——區(qū)域傳輸組織、獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商可以將儲(chǔ)能資源納入容量、能源和輔助服務(wù)市場(chǎng)，清除其為電網(wǎng)提供服務(wù)的障礙。

在歐盟，中央機(jī)構(gòu)沒(méi)有制定關(guān)于DER系統(tǒng)使用或部署的具體規(guī)定或政策。各國(guó)可以制定自己的戰(zhàn)略并實(shí)施。英國(guó)，愛(ài)爾蘭，德國(guó)和意大利正致力于建立氣候友好型能源消費(fèi)模式，通過(guò)具體指令和框架計(jì)劃促進(jìn)可再生能源的滲透和微電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)。

在中國(guó)，政府制定了優(yōu)惠政策。其目標(biāo)是鼓勵(lì)大規(guī)模開(kāi)發(fā)和部署可再生能源和分布式發(fā)電，以促進(jìn)中國(guó)的DER系統(tǒng)。

像Navigant Research這樣的分析師并沒(méi)有忽視這一全球性努力。預(yù)計(jì)到2026年，分布式儲(chǔ)能年發(fā)電量將從2017年的683.9兆瓦增加到19,699兆瓦。近的市場(chǎng)分析顯示2017年全球大的DER市場(chǎng)(新數(shù)據(jù))將是美國(guó)，中國(guó)，德國(guó)，日本和英國(guó)。

更加分散的輸電系統(tǒng)和成熟的DER系統(tǒng)已經(jīng)成為電網(wǎng)的熱點(diǎn)，對(duì)這些新技術(shù)的接受朝著積極的方向發(fā)展。

Xcel Energy的為期兩年的54千瓦的社區(qū)能源儲(chǔ)存項(xiàng)目將測(cè)試饋線上電表后端用戶側(cè)的電池儲(chǔ)能以及電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模電池儲(chǔ)能，以測(cè)試該技術(shù)(Xcel Energy)

基礎(chǔ)工程

隨著DER技術(shù)在能力和性能方面的擴(kuò)展，其接受程度也會(huì)增加，但了解這些系統(tǒng)、如何評(píng)估和集成到電網(wǎng)中更為重要。隨著技術(shù)復(fù)雜性的增加，技術(shù)的應(yīng)用似乎越來(lái)越困難。但是，它仍然圍繞著基礎(chǔ)工程實(shí)踐展開(kāi)。并非所有的DER系統(tǒng)都是相同的。需要快速響應(yīng)還是持續(xù)供電更好?DER系統(tǒng)可以提供幾秒鐘或幾個(gè)小時(shí)的能量。是否需要大容量的兆瓦級(jí)電力，或者短時(shí)間爆發(fā)能夠滿足需求?DER系統(tǒng)可以是幾瓦或幾兆瓦。

因此，了解需要解決的問(wèn)題和現(xiàn)實(shí)能力至關(guān)重要。DER系統(tǒng)提供服務(wù)以支持電網(wǎng)并為客戶提供可靠的電力。他們可以提高電能質(zhì)量，并提供持續(xù)可靠的電力。該行業(yè)需要將DER系統(tǒng)成功整合到電網(wǎng)中。該技術(shù)正在改變輸配電系統(tǒng)界面，并將產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向電網(wǎng)的分散化。然而有一點(diǎn)很重要，理解DER系統(tǒng)和電網(wǎng)不是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而是互補(bǔ)的技術(shù)。

原標(biāo)題:分布式能源與微電網(wǎng)——典型應(yīng)用