为什么美国utilities都在发展微电网？
发布日期：2017/3/17
在美国规模最大、最具影响力的输配电展DistribuTech上可以看到，随着光伏发电和电池成本的下降，微电网的应用在变得越来越具有吸引力。
分布式的发展会使得电网管理的复杂性和难度增加，一些公用事业公司的代表也对分布式可能带来的混乱表示了警惕。CPS Energy（圣安东尼奥的公用事业公司）的市场情报经理James Boston说：“确保客户的供电可靠性是我们的主要使命，公用事业公司通常都比较严谨，要确保分布式已经通过测试、得到验证才能并网，避免客户遇到可靠性危机。”
然而微电网的出现，使得公用事业公司和电网边缘化支持者之间的对立，出现了缓和的趋势。上述公用事业公司最近部署了一个示范微电网项目。
过去几年，光伏发电和储能价格的下降、先进的并网逆变器的出现以及光伏渗透率增加对电网冲击的增强，使得微电网更具成本效益和吸引力。施耐德电气智能电网副总裁Mark Feasel表示：“十年前，弹性是配备微电网的唯一原因，因为成本太高、不可能比电网便宜。现在用光伏或天然气热电冷三联供（CHP），在许多州都已可以产出比从电网买来的更加便宜的电。”
尽管技术成本已经足够低，但是还不足以宣告微电网的时代已经到来。“挑战在于商业化，不是所有的价值都可以开始货币化。” Navigant（研究机构）智能电网总监Ken Horne在DistribuTech的一个专家小组会上如是说。
但现在，公用事业公司和其他能源公司比以往任何时候都更愿意尝试这些商业模式。公用事业公司越来越能接受微电网，原因在于它们可以拥有、控制这些微电网，并基于费率回收成本。
在众多浮现的商业模式中，有三个独特的概念在这次会议上颇受关注：微电网延缓输配电扩容、微电网服务于客户、以及微电网同时服务于客户和电网。其中微电网作为一种服务的商业模式如果能够发展起来，将能直接刺激社会资本和公共资本对微电网技术的大规模部署，而不需要费率承担者承担投资和建设的风险。
一、微电网是提高供电可靠性的一种新选择
圣地亚哥天然气和电力公司（San Diego Gas & Electric ，SDG&E）的总工程师Thomas Bialek介绍了该公司位于Borrego Springs镇的一个微电网案例。该公司一直以来都通过单相输电线路向该镇供电，且需穿过沙漠，闪电袭击和沙漠山洪都威胁着这条输电线路，供电可靠性极差。
SDG&E迫切需要改善这个近2800人的小镇的供电可靠性，但是新设一个并行的输电线路的方法价格太高昂，而微电网能够做到便宜3~4倍，这也就是他们为什么建设微电网的原因。
该项目由SDG&E、美国能源部和其他合作伙伴共同筹资建设，系统包括柴油发电机、各种型号的电池以及屋顶的光伏。
该微电网在一次洪水引发断电时，保障了该镇1056个用户的供电，从而证明了自己。当时整个镇的中心及核心设施都有电可用，周边没有电的居民都到这些地方寻求短暂的供暖庇护。
在这个案例里，微电网没有对公用事业公司的职能构成挑战或者使其复杂化，它反而帮助其实现了对用户的核心使命——供电可靠性，即便是在如此偏远的地区。
在大都市多伦多，配电公用事业公司PowerStream也面临着类似的难题。它要给多伦多北部一个偏远的城镇Penetanguishene供电，输电线路非常长，且常年处于风暴和雪天的威胁下。
PowerStream的智能电网项目负责人Shuvo Chowdhury说：“在提高该区域的供电可靠性的上，我们想过两种解决方案，一种是投入更多的传统资产，另一种是另辟蹊径、做一些创新。”
他们决定测试微电网是否真的可以削减传统电网的扩容投资。安装花了一年时间，从详细的设计到部署和调试，系统包括三星SDI的500kWh锂离子电池、先进的微电网控制器和750kVA逆变器。
微电网可以使得这个镇离网用电42分钟，远长于通常的10分钟断电时间。平时电池还可以通过峰谷电价差套取一些收入。
“不过微电网的主要角色是提供灵活性，大多数时候，你用不到它，例如今年我们有一个非常温和的冬天，所以没有发生太多的断电情况。”Chowdhury 说。
因此微电网除了要证明比电网升级换代更便宜，自身仍需在系统设计和运营上下功夫，优化其投资回报率。
二、微电网的PPA商业模式
一种将微电网作为服务而非资产出售的模式正在兴起，用户仅购买微电网提供的服务，不用承担投资建设微电网的风险。这种方法采用了太阳能行业的购电协议模式（power-purchase agreement，PPA）。
日前施耐德电气公司宣布，美国马里兰州蒙哥马利县的公共安全总部和惩教机构的微电网之一将由该公司提供。杜克能源的可再生能源分部将拥有并运营该微电网。蒙哥马利县根据PPA协议，将认购微电网产出的电力长达25年，同时要支付断电期的关键设施供电保障费用。
施耐德将客户与投资者连接起来，并为杜克能源建设微电网供应约一半的设备。
杜克能源在开发可再生能源和维护电气基础设施方面拥有丰富的经验，微电网是其PPA 模式的延伸，且财务状况良好可以吸引大量的前期投资。
蒙哥马利县有3A的信用评级，但在微电网建设方面的专业度有限，且在资金投入和系统维护上的预算也十分有限。
因此通过信用评级杜克能源可以相信该县有能力在未来25年内为其获得的能源灵活性、能源支出稳定性以及更多的可再生能源消纳逐步付清费用。同时，该模式也避免了使用纳税人的钱来购买新兴技术本身的风险。
“不仅是为预防停电而准备，这些设施的状态也越来越好，可用于日常的运营，”蒙哥马利县的能源和可持续发展主管Eric Coffman如是说。
在这个案例里，地方政府是客户，支付约定的金额；杜克能源作为社会资本拥有这些资产，并确保一切运营正常；如果发生设备故障，供应商（施耐德电气）必须更换它；但最终的费率承担者自身不承担安装的成本或风险。很容易看出这个模式在工商业应用上都会有相应的发展空间。它也能对改善电网产生等量的影响。
这个模式的意义就在于，它会使得费率承担者在不承担风险的情况下获得公平的服务，这对于改善公共服务质量的地区颇具吸引力。
三、微电网服务可以超越地理局限
在其他地方，公用事业公司正在探索如何利用局部地区纳税人的支持，来建设服务范围更加广泛的微电网。
大多数微电网具有双重性质，既是本地的、独立的服务，同时又是电网的调度资源。
在基于局部地区纳税人的模式中，公用事业公司在对能源灵活性有高要求的用户侧建立了微电网，而当用户不需要备用电源的时候，这些资产又可以拿出一部分服务于大电网，用以调峰、调频、调压以及旋转备用。
客户仅对其预期的对微电网的使用付费，公用事业公司一旦从公用事业公司委员会那儿获得许可，就可以通过服务电网回收成本。
亚利桑那州公共服务局（Arizona Public Service，APS）已经进行了两个这样的项目，使用柴油发电机，而不是太阳能和储能。一个在海军陆战队空军站Yuma，另一个在Aligned数据中心。数据中心高度重视不间断电源，因此微电网是 APS 吸引数据中心入驻的策略之一。
“提高能源灵活性是我们本身就必须去做的事情，现在我可以通过微电网做到这些。从成本比较的角度看，事实上，使用微电网比使用其他方式便宜得多。” APS传输和分配技术创新及集成总监Scott Bordenkircher说到选择微电网的原因。
这个成本计算在原则上有意义，但是在现实世界种还是会面临一系列的问题。虽然微电网项目已经上马并正在运行了，但APS仍在等待监管机构关于电网侧服务补偿费率的答复。
另一个例子是公用事业公司Xcel能源，它与丹佛市及松下公司合作，在丹佛未来的航空城Peña Station Next建设了一个价值1030万美元的微电网。
松下公司正在建设一个新的办公室，这个办公室将用作运营中心，运营全国范围的公用事业公司下属的太阳能设施，因此这个办公室需要不间断电源。
与此同时，Xcel正在寻求提高该地区的电网可靠性，并支持30%的太阳能渗透率。该公司已经获得州公用事业公司委员会的许可，尝试在电网侧配备储能以回收成本，使得整个微电网投资更具吸引力。
松下公司营销和内容战略团队的Peter Bronski将该项目描述为“具有模糊边界的微电网”，因为所有的零件并非都以所期望的方式存在于围栏内。这个微电网包括1.6MW的太阳能，由Xcel拥有和经营，但安装在丹佛国际机场的车库。松下公司也正在为自己屋顶上的259kW太阳能光伏发电提单，并将加入Younicos的1MW/2MWh锂离子电池。该电池位于仪表前（in front of the meter），但位于并离网切换开关的松下侧。
这种伙伴关系，可以利用私人的土地和资金，然后部署具有服务电网潜力的设备。松下的关键设施将享受大约4小时的备用电源。该公用事业公司获得太阳能消纳、减少峰值容量建设、峰谷电价套利和调频的功能。
合作伙伴将观察并了解电池如何工作两年，测试电池在实际运行中同时运行多种功能的能力。 在此研究期后，Xcel和松下将最终签订一个更正式的协议，使用和支付剩余的电池生命。
它也可以做成这种不基于税率的项目。例如CPS使用公司资金在圣安东尼奥联合基地Fort Sam Houston建造了一个示范微电网，由国家可再生能源实验室（NREL）拨款资助其分析运行。公司选择了一个图书馆作为项目基地，以期获得该模式的实际使用经验。这种方法本身并不构成商业模式，但它是一种开发早期微电网并探索可持续商业模式的途径。
四、微电网仍未成气候，接下来将如何发展？
尽管已经有几个微电网的项目在运行了，但是整个微电网行业仍还未成气候。尽管微电网项目已进入电网并开始承载实际负荷，但上述探讨的例子仍然服务于探索性的目的，用以收集数据以便更好地了解他们在未来将如何运作。
市场和客户的多样性，决定了没有一个模式会独大。接受过采访的人认为，微电网市场仍处于起步阶段，且5~10年内这个市场的兴盛期也不一定会到来。
在某些情况下，监管政策将施加限制，特别是禁止公用事业公司拥有配电和发电权，而储能设施就在被禁止的发电范围内。前述APS的以局部地区税收为基础、然后服务于大电网的案例是亚利桑那州公用事业公司委员会开创的一个先例，表明了利用私人和公共资本的混合模式的可行性。
值得注意的是，公用事业公司并没有回避这种类型的电网实验。公用事业公司代表反复驳斥了这样的观点，即微电网的扩散可能引发像曾经预期的分布式太阳能发电一样的死亡螺旋。 他们不担心客户运行自己的微电网会对电网造成威胁。
“微电网只是作为后勤，为了安全性。不间断电源、本地化发电机将遇到输电许可等问题，而太阳能加储能仍需要大量的前期支出，”APS的Bordenkircher说，“我不认为微电网会成为我24小时全天候的能源选择，”他说，“它将提供我需要的次要服务，而不是主要服务。
大多数时间在电网的基础上运行微电网是成本有效的，并且在紧急情况下可以离网运行，要实现完全独立运行，成本会上升很快。
此外，微电网为公用事业提供了新的收入来源，这是尤其受欢迎的，因为传统公用事业的商业模式在未来几年的不确定性将会增加。
S&C电气公司的微电网市场部门的业务开拓的高级总监David Chiesa指出，设计和操作微电网所需的专业技能，例如电气工程、电网平衡等，已经是公用事业公司很擅长的专业领域。
同时，正如文章一开头说到的那样，分布式光伏和储能正在蔓延，使得电网运营更加复杂化，而微电网提供了一种方法来隔离这些分布式资源，并减少它们对电网的影响。
为了真正使微电网市场蓬勃发展，微电网设计将需要变得更加标准化，他补充说。“如果你今天看看微电网，他们都是完美的小雪花，”Chiesa说，“公用事业公司将希望他们的微电网看起来更像一个舰队。”
至此，微电网未来发展的几条路线已经清晰。同时，微电网自身需要能够运行更久，设计和建设成本需要更低。尽管如此，微电网已经有一个显而易见的价值值得褒奖：那就是将对分布式能源的控制和所提供的灵活性与传统电网架构的安全性和可靠性结合起来了。
