微电网“添翼”能源数字化管理
发布日期：2019/11/18
近日，被誉为“新世界七大奇迹”的北京大兴国际机场成了首都新晋的“网红”打卡地。机场并不新鲜，但大兴机场在创造了多项世界之最外，还运用了诸如刷脸登机、问路，AR眼镜旅客识别等多项“黑科技”，以及富有中国文化元素的铜方砖浮雕图案等，这是吸引市民纷纷前往的主要原因。
而在多项世界之最、现代化科技应用背后，这座超大型航空综合交通枢纽的安全、高效运转势必将消耗大量的能源资源，为此大兴机场打造了综合能源服务系统，在高效利用各种能源的同时，还搭建了综合能源管理平台，实时感知、测量能源生产和消耗量，对能耗进行全过程管控，推进机场全面节能增效。
数字化时代，基于大数据、云计算、互联网、物联网等新技术的渗透融合，正在让包括建筑行业在内的各行业的能源管理正在变得更加主动、灵活、可视化，真正实现生产、生活场景供电、供水、供气、供热等设备运行状态的无盲区、全参数实时监测，为用户提供能源数据管理与分析、节能降耗方案等需求，为能源规划与控制提供准确依据，提高效率、节省成本、提高运营等可持续发展能力。
大兴机场的能源管理部署，也是现代建筑实施能源管理的最新趋势。当前，国内外建筑在规划、设计、建设阶段的管理已日趋成熟，但由于运营阶段的标准管理体系尚不完整，运营成本过高、运维人员严重不足等因素，使得大部分建筑陷入“有建无护”的窘境，造成整体建筑效率、效益低下，建筑可持续性发展堪忧。
为了进一步解决上述问题，近年来微网系统日益与建筑配用电系统相互连接，成为主动式能源管理的重要发力方向。微网，是电能与现代化网络技术相结合的一种网络控电结构，由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成。基于数字化技术，微网可以实现对建筑电气配用电系统的自我控制、自我保护及自我管理，从而有效地实现功率的平衡与控制、系统运行优化、分布式能源装置故障检测与维护等功能，减少能源资源消耗，降低整体建筑的运营、用电成本。
行业专家指出，微网在建筑配用电系统领域应用有着独特的优势：微网系统中的各组件容量较小，在供电过程中不会产生较大的能源损耗，且需量峰值还将被控制在合理的范围内，还可以有效地延长电力线路的使用寿命，延长设备维修维护的周期，确保建筑电气的运行安全；微网采用建筑区域内的电力资源为整个建筑提供电能资源，无论是独立还是与主网并联运行，都可以有效地提高供用电的安全性、连续稳定性，同时具备系统网络调节与分担电网运行压力的作用。
据了解，微网分为离网型和并网型，而不同微网类型具有不同的适用场景及价值。离网公共设施型微网（目前全球范围内最常见的微网类型）及离网社区型微网，可提高能源供给的可靠性，整合低碳可再生能源，优化成本和环境，适用于传统电网无法触及的偏远地区，如偏远的军事基地、矿场或工业基地，海岛以及度假村、社区等。
并网公共设施型微网需连接主网，当主网输送功率不足或者需要随电力市场价格信号来调整微网自身功率需量时，可尽量缩减能源支出、整合更多可再生能源并确保其电力系统弹性，如高可用性的独栋商业楼宇，公司、医院、数据中心等研究或商业园区；并网社区型微网，或作为可管理单元进行托管，可优化与公共事业主网之间的电力交换，多服务于多个生产者和消费者（具有分布式发电能力的用户）的城市商业园区、绿色村庄、生态区，甚至小型市区。
据Navigant Research发布的微网研究报告，截止2018年第四季度，全球微网累计规模达到19.575GW（包括已经安装和计划中的）。其中，远程微网占全球微网容量的40%左右，总计7604.4MW；其次为商业/工业和公用事业建筑，分别为5542.9MW和2307.9MW。
在微网发展历程中，美国、欧洲、日本引领了全球市场的发展步伐。我国虽然起步较晚，但近年来微网发展势头比较强劲。全球微网技术和解决方案已进入应用阶段且成功案例不在少数（以北美居多），然而微网在建筑领域的大规模推广还面临诸多挑战，如微网控制系统的功能分析和设计、能源管理优化设置和稳健性分析、动态稳性研究等。因此，还需要数字化、大数据、云计算等新技术的加持，以加强微网系统与建筑配用电系统的融合发展。
对此，施耐德电气曾指出，微网的部署强调新技术的应用，使分布式能源围绕共同目标进行协作，并帮助运营方制定可优化互联系统的运营和管理的分析战略，以及缓解双向电力系统的设计局限。微网通过对安全和可靠的运营、分布式能源控制以及优化能源控制等方面的技术完善，从而达到通过高效分布式能源集成，灵活的控制，有效降低本地可再生能源成本，符合经济、低碳、安全等全球能源转型的愿景。
据了解，在全球范围内施耐德电气已经实践了多个成功的微网项目。如澳大利亚凯恩顿屠宰场大型微网项目。如遇电网故障，施耐德电气可提供关键冷链过程的连续性操作，以降低能源消耗，同时充分利用可再生能源；在2.5MW太阳能发电系统中嵌入一个单一的2MW/2MWh电池存储系统和两个400kW柴油发电机组，以形成一个弹性的微网系统，并集成原有的CITECT过程控制系统等。
作为EcoStruxure Grid架构应用、分析与服务层的四大“金刚”之一，施耐德电气EcoStruxure Microgrid Advisor微网管理顾问以调度综合能源网络的形式进行分布式能源/可控负荷耦合运行，以集中管理提供整体顾问，改善能源结构，优化用能成本，参与电力辅助服务，提高配用电系统的资产收益。
据Markets andMarkets发布的报告显示，全球微网市场将从2018年的222．2亿美元增长到2023年的391亿美元，期间复合年增长率为11.97%。到2023年，大学校园、工/商业区、城市和公用事业单位、医疗保健等建筑微网将以最高的年复合增率增长。
未来的机遇与挑战并存。通过数字化技术、现代建筑技术、现代通讯技术和现代控制技术融会贯通，以中低压一体化、强弱电一体化为核心，重新定义能源管理、微网管理，让整体建筑能源数据可视化、系统可监测、变化可预测，全面提升建筑电能的稳定、连续、高效，将成为建筑运营者的普遍追求，并以此助力建筑节能增效、智慧可持续发展。
来源：《电气技术》杂志
