自2018年第二季度以來，Navigant Research又研究了超過240個新的微電網(wǎng)項目，總發(fā)電容量超過1,239兆瓦。截至2018年第四季度，全球范圍內(nèi)，Navigant已識別了2,258個微電網(wǎng)項目，共計19,575.0兆瓦的規(guī)劃和裝機容量。
Navigant Research的研究分析師Johnathon de Villier說：“最新一版[第15版]微電網(wǎng)部署報告顯示北美在微電網(wǎng)裝機總?cè)萘糠矫娴念I(lǐng)先全球市場，其次是亞太地區(qū)、中東和非洲。它揭示了光伏和儲能在現(xiàn)代微電網(wǎng)系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，特別是農(nóng)村電氣化和能源接入計劃推動了偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)的增長。”
根據(jù)該報告，偏遠(yuǎn)地區(qū)的微電網(wǎng)[供電孤島]占全球所有微電網(wǎng)容量近40%，總計7,604.4兆瓦。按容量劃分的下一個最大客戶群是工商業(yè)(C / I)和公用事業(yè)配電網(wǎng)，分別為5,542.9兆瓦和2,307.9兆瓦。在最新版的報告種，偏遠(yuǎn)地區(qū)的孤島微電網(wǎng)部分在新增容量方面繼續(xù)領(lǐng)先市場，67個新項目總安裝容量達(dá)到415.4兆瓦。
中國微電網(wǎng)的最新進(jìn)展
中國蘇州同里小鎮(zhèn)，那里展示了一個使用眾多先進(jìn)技術(shù)的微電網(wǎng)社區(qū)。
項目的規(guī)劃者試圖向人們展示未來能源利用的創(chuàng)新模式。在這個微電網(wǎng)示范項目中，發(fā)電設(shè)施采用了多種形式的屋頂光伏、高溫相變光熱發(fā)電系統(tǒng)以及具有發(fā)電能力的“電子公路”;微電網(wǎng)的核心是一個被稱為“微網(wǎng)路由器”的多端口直流變流器，在項目中體現(xiàn)靈活組網(wǎng)、交直流混聯(lián)的新概念;在用電側(cè)，展示了多種形式的電動汽車充電設(shè)施、電動汽車換電設(shè)施;儲能方面，強調(diào)了電動汽車退役電池的處理和梯級利用;智慧建筑領(lǐng)域，展示了一種被稱為“無源房”的建筑物節(jié)能技術(shù)。項目宣傳中，將Passive House翻譯為“被動房”，這一點可能容易引起歧義。
在項目一個角落，安裝了上面這個高溫相變光熱發(fā)電設(shè)施，據(jù)說有幾個kW的發(fā)電能力。光熱是一種最近流行的清潔能源利用方式，他不需要制造高耗能的硅片來轉(zhuǎn)換太陽能，而是利用高溫熔鹽儲熱，加熱蒸汽鍋爐驅(qū)動汽輪機發(fā)電。它的優(yōu)點除了設(shè)備制造時的低能耗外，最重要的是改變光伏發(fā)電間歇性的特性，至少在一定的時間段內(nèi)可以做到均勻出力。同時，相變的媒介具有能量儲存的特性，可以將太陽能發(fā)電的輸出特性向傍晚的負(fù)荷高峰期轉(zhuǎn)移。“相變”聽起來是一個很專業(yè)的詞匯，實際上在冷熱存儲中，相變材料起到了很重要的作用，例如，冷庫中用來應(yīng)急的低溫相變材料，可以在冷庫斷電時，吸收熱量，保持冷庫的溫度。
電力電子變壓器應(yīng)該是這個項目的絕對核心內(nèi)容。一個采用閥塔式結(jié)構(gòu)的多端口柔直系統(tǒng)將不同的交流、直流系統(tǒng)連接起來，但現(xiàn)場沒有更多的介紹。它可能采用了MMC結(jié)構(gòu)，電源端有直流的光伏系統(tǒng)，用電側(cè)有直流充電樁，似乎是一個很好的“需求響應(yīng)”模型，但在眾多眼花繚亂的展示中，這個智能電網(wǎng)的核心設(shè)備卻略顯“落寞”。
最令人驚奇的應(yīng)該算這個“三合一”電子公路了。“三合一”應(yīng)該是指光伏發(fā)電、無線充電和(導(dǎo)航或車聯(lián)網(wǎng)?)三合一。聽起來不錯把?但是據(jù)當(dāng)前所具備的技術(shù)，無線充電的車載接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)在3kW到7kW范圍;光伏發(fā)電的效率每平方米小于300W，即使我們按照較小的車流量估算，無論能源供給、傳輸還是最終利用似乎這種“三合一”只能是一個美好的想象，但在這個項目中它足夠吸引眼球。
節(jié)能建筑“無源房”并不在參觀路線之中，因此總結(jié)同里小鎮(zhèn)微網(wǎng)“秀”有以下特點：
創(chuàng)新的概念，炫酷的展示
多種技術(shù)的集合
使用電力電子變壓器作為微網(wǎng)能源路由器
建筑物節(jié)能與智能用能體驗（未列入?yún)⒂^）
全球范圍內(nèi)，對比其它公用事業(yè)公司的微網(wǎng)項目，如果能夠：1)更突出交直流混聯(lián)、直流配電網(wǎng)與需求響應(yīng)、電動汽車充電與儲能的結(jié)合、剔除一些已經(jīng)驗證的無法發(fā)展的技術(shù)，如，公交車換電(換電最可能在某些特定場景、特殊工程車上使用);2)重點落腳在配網(wǎng)，如，光熱在大規(guī)模利用是可行的，但是否能成為分布式發(fā)電設(shè)施?3)不僅僅是科普，還可以開放科學(xué)研究。解決上述3個問題，那么參觀者的疑惑會少一些。
我們需要什么樣的能源轉(zhuǎn)型研究?
科學(xué)家和工程師們正在設(shè)計和規(guī)劃明天的電網(wǎng)，使其能夠提供更強大的功能，從而可以實現(xiàn)一些非常雄心勃勃的目標(biāo)：
確保更高水平的電力安全性、質(zhì)量、可靠性和可用性(SQRA)
提高經(jīng)濟生產(chǎn)力和生活質(zhì)量
提高電力系統(tǒng)的效率和資產(chǎn)利用率
減少環(huán)境影響，促進(jìn)可再生資源和可變需求負(fù)荷的整合
給客戶更多的選擇和控制
同時，確保安全。
實現(xiàn)這一愿景需要謹(jǐn)慎地制定政策并加快基礎(chǔ)設(shè)施投資。它還需要更多地致力于公共/私人研究、開發(fā)和示范(RD&D)，以解決主要的技術(shù)障礙和消除不穩(wěn)定因素。這些研發(fā)和示范是實質(zhì)性的，它將要求廣泛的組織和機構(gòu)參與。同時，包括多年來的主要承諾，即支持信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的開發(fā)，將動態(tài)輸電和配電以及分布式能源(DER)技術(shù)集成到系統(tǒng)規(guī)劃和運營中。
正如一些世界上執(zhí)行力最強大的公用事業(yè)公司所提出的，未來電網(wǎng)的目標(biāo)依賴于“技術(shù)推動”。公用事業(yè)及其監(jiān)管機構(gòu)正面臨著“電力公司保持高增長的售電量，同時也需要滿足終端用戶分布式發(fā)電”的政策要求，并且穩(wěn)步推進(jìn)部署清潔低碳的能源。技術(shù)是實現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵推動因素。
只有公用事業(yè)繼續(xù)投資于其自身不斷演變的關(guān)鍵系統(tǒng)目標(biāo)滿足以下全社會期望的愿景，則未來電網(wǎng)可以獲得更高的效率。
其中一些目標(biāo)如下：
支持消費者的積極參與
智能電網(wǎng)應(yīng)該吸引客戶和日益智能的能源技術(shù)在他們的家庭和企業(yè)中使用?；ヂ?lián)網(wǎng)上隨時可用的最佳、最便宜、最獨特、最與客戶相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)，已經(jīng)產(chǎn)生了越來越多的客戶期望。電力行業(yè)不能脫離于這些趨勢。智能電網(wǎng)客戶希望技術(shù)能夠有效地管理他們的舒適度和能源選擇，了解并體驗減少服務(wù)中斷的發(fā)生率，并為控制和修改他們使用和購買電力的方式提供選擇。他們越來越期望并且在采用智能設(shè)備和修改他們的購買模式和行為方面有選擇、激勵或社交媒體互動。
支持新產(chǎn)品，服務(wù)和市場
智能電網(wǎng)應(yīng)該能夠支持一種市場體系，通過創(chuàng)造競爭與服務(wù)的機會，為消費者提供有意義的成本 - 收益均衡。監(jiān)管機構(gòu)、系統(tǒng)集成商和運營商以及消費者可以盡可能地修改業(yè)務(wù)規(guī)則，以便根據(jù)市場條件創(chuàng)造機會。靈活，堅固的電力市場基礎(chǔ)設(shè)施可提供不同的電力可靠性和質(zhì)量服務(wù)水平，以滿足客戶的個性化需求。對于一些消費者而言，這可能需要確保持續(xù)的電力服務(wù)和可靠性，同時還為市場參與者提供收入或成本降低的機會。
適應(yīng)和優(yōu)化駐留在電網(wǎng)中不同點的智能設(shè)備的使用
雖然未來的電網(wǎng)可能包含數(shù)十億個智能設(shè)備，但是控制或協(xié)調(diào)這些設(shè)備的操作與系統(tǒng)架構(gòu)其可靠性的一致性尚不確定。一些集中式的發(fā)電和電網(wǎng)設(shè)備很可能繼續(xù)集中調(diào)度?？梢詫ζ渌O(shè)備和最終用戶的控制調(diào)度交給變電站和微電網(wǎng)，以解決市場結(jié)構(gòu)、可靠性或延遲問題。其他設(shè)備和最終用戶可以彼此直接交易，通過本地化市場或所謂的主控制器創(chuàng)建分布式協(xié)調(diào)形式。這些控制器將通過彼此通信以及與電網(wǎng)通信來控制建筑物、校園或工業(yè)園區(qū)中的本地分布式能源(DER)和利用。
適當(dāng)使用開放標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)對于確保維護(hù)電網(wǎng)所需的不同電力和信息系統(tǒng)的互操作性至關(guān)重要。領(lǐng)導(dǎo)和影響標(biāo)準(zhǔn)制定的持續(xù)能力將成為公司參與并從大規(guī)模全球計劃中獲益的一個主要因素，以建立現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)。
整合新舊技術(shù)
智能電網(wǎng)將隨著時 間的推移而演變。它需要一個清晰的路線圖和未來的過渡路徑。在整個過程中的每一個階段，下一代系統(tǒng)都必須與舊系統(tǒng)進(jìn)行互操作。
為數(shù)字經(jīng)濟提供更高的電力質(zhì)量
從本質(zhì)上講，智能電網(wǎng)必須繼續(xù)提供可靠的電力，“清潔”，干擾最小。全球競爭力要求數(shù)字設(shè)備相對無故障運行，以提高21世紀(jì)經(jīng)濟的生產(chǎn)力。需要系統(tǒng)模型來支持DER的集成 - 如果沒有計劃，它將永遠(yuǎn)不會被集成。
電力公用事業(yè)客戶以及公用事業(yè)本身，一定意義上，是新技術(shù)的贊助者。那么，為什么這些相同的公用事業(yè)不更多地提供足夠的研發(fā)和示范(RD&D)資金呢?
就其性質(zhì)而言，電力設(shè)施有時會抵抗快速變化。輸電系統(tǒng)(即電網(wǎng))是龐大而復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。它由一系列資產(chǎn)組成，包括輸電線路、變電站、配電饋線和相關(guān)設(shè)備，代表了任何行業(yè)最大的資本投資之一。
所有權(quán)很復(fù)雜，由各種結(jié)構(gòu)組成，具有同樣復(fù)雜和保守的治理體系。在這些實體受到監(jiān)管的情況下，它們通常受制于國家監(jiān)管制度，其中投資可以理解地進(jìn)行審查，并且必須被認(rèn)為是謹(jǐn)慎的，并且滿足該公用事業(yè)客戶的需求時表現(xiàn)為“使用和有用”。在此測試下，研發(fā)和示范通常必須經(jīng)受住為公用事業(yè)客戶提供特定利益的考驗，或承擔(dān)不允許投資的風(fēng)險。例如，美國有超過2700個單獨的公用事業(yè)公司，每個公司都不愿意獨自承擔(dān)開發(fā)的負(fù)擔(dān)。
電氣設(shè)備制造商是智能電網(wǎng)領(lǐng)域研發(fā)和試點的另一個可能的贊助商，因為它提供了更多的產(chǎn)品供他們銷售。他們確實進(jìn)行了一些自己的研發(fā)和試點。然而，出于上述原因，智能電網(wǎng)技術(shù)的市場難以導(dǎo)航。在控制中心的計算機等重要技術(shù)僅面向數(shù)百名潛在買家的市場時，尤其如此，制造商投資的動力不足。更大的智能電網(wǎng)技術(shù) - 如那些體現(xiàn)先進(jìn)電力電子設(shè)備的技術(shù) - 大多數(shù)公用事業(yè)公司缺乏規(guī)模、財務(wù)實力和承擔(dān)新技術(shù)研究，開發(fā)和示范的任務(wù)。此外，他們不再能夠維持裝備精良的實驗室或測試設(shè)施。雖然美國有電力研究所(EPRI)開展協(xié)同研究，但EPRI的行業(yè)資金是來自行業(yè)的自愿捐助，自20世紀(jì)90年代初以來，EPRI的研究支出急劇下降。
全球各地的公用事業(yè)公司面臨著保護(hù)電力系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)和物理攻擊的成本;為現(xiàn)有發(fā)電機組增加新的污染控制設(shè)備;保持系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，同時取代老化資產(chǎn)，面對經(jīng)濟結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)變帶來的收入增長潛在下降，提高終端能源效率，以及強調(diào)減少需求資源價值的監(jiān)管和市場創(chuàng)新。
如何教育政策制定者、監(jiān)管者和投資者了解在公用事業(yè)規(guī)模和直接在消費者場所研究發(fā)電和輸電、配電、儲能和使用先進(jìn)技術(shù)的可能性?一個關(guān)鍵是市場參與者之間的對話，以促進(jìn)共同標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)的發(fā)展，這些標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)可以加速經(jīng)濟高效的電網(wǎng)現(xiàn)代化，確保安全性并實現(xiàn)互操作性。雖然智能電力系統(tǒng)的開發(fā)將涉及成千上萬的市場參與者(從公用事業(yè)到最終用戶)的投資決策，但它將受到技術(shù)發(fā)展的影響。通過政府監(jiān)管機構(gòu)和決策者提供的激勵措施，改變的另一個主要催化劑是市場手段——經(jīng)濟性來“指導(dǎo)”。
現(xiàn)在是時候開始教育決策者了解能力(通過概念證明項目和對有前景的技術(shù)的投資)和贊助接口標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)智能電網(wǎng)中部署的技術(shù)之間的互動。公用事業(yè)、監(jiān)管機構(gòu)和政策制定者在指導(dǎo)電網(wǎng)發(fā)展的過程中需要支持許多領(lǐng)域，包括在以下五個方面提供支持：
1.表征不斷變化的物理拓?fù)鋵﹄娏ο到y(tǒng)的影響，包括集中式發(fā)電設(shè)施的各種配置，大容量發(fā)電、輸電和配電規(guī)劃和運行的集成，輸電和配電拓?fù)涞膭討B(tài)控制，分布式能源技術(shù)(包括分布式發(fā)電，需求響應(yīng)和儲能)和微電網(wǎng)。這包括評估大規(guī)模使用間歇式資源(包括風(fēng)能和太陽能發(fā)電)對電力系統(tǒng)可靠性和溫室氣體減排的影響和效益。
2.開發(fā)，演示和部署傳感器、通信、保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)管理和信息系統(tǒng)，以管理更加動態(tài)的電網(wǎng)和分布式能源技術(shù)的集成。
3.開發(fā)和演示新的計算能力，利用高性能計算技術(shù)和運營分析的新算法。
4.開發(fā)和識別各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，這些技術(shù)有望增強電網(wǎng)的功能和性能。
5.審查和報告潛在的網(wǎng)絡(luò)和物理安全威脅，以及安全性改進(jìn)建議。
研發(fā)和示范結(jié)果對解決電力行業(yè)挑戰(zhàn)至關(guān)重要。通過確保穩(wěn)定可靠的通信，適當(dāng)應(yīng)用關(guān)鍵學(xué)習(xí)和部署成熟技術(shù)對于解決電力行業(yè)的關(guān)鍵長期和近期挑戰(zhàn)至關(guān)重要;繼續(xù)保證長期可靠性;確保物理和網(wǎng)絡(luò)安全;并以綜合方式利用新的供應(yīng)，存儲和最終用途資源。
任何示范都需要包含以下內(nèi)容：
自然災(zāi)害影響
人們越來越擔(dān)心電力基礎(chǔ)設(shè)施容易受到自然災(zāi)害造成的大規(guī)模停電的影響。最近的例子包括超級風(fēng)暴桑迪、卡特里娜颶風(fēng)、美國東北部2011年10月的風(fēng)暴，以及日本的海嘯和由此造成的福島第一核電站災(zāi)難。在每種情況下，電力基礎(chǔ)設(shè)施遭受了相當(dāng)大的破壞，使公民無電，往往沒有干凈的水、食物和燃料供暖或運輸。作為數(shù)字時代的另一個后果，現(xiàn)在通常由手機技術(shù)提供的通信也失敗了，因為許多手機信號塔都沒有電源，而電話用戶基本上沒有電力給他們的手機充電(除了一些太陽能充電器) 。
投資效率
智能電網(wǎng)策略可能能夠顯著提高公用事業(yè)負(fù)載因素和資產(chǎn)利用率。但是，需要更多的研究來顯示潛在的改進(jìn)。這可以在幫助公用事業(yè)管理新的投資需求方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。在過去十年中，美國的平均發(fā)電容量系數(shù)一直低于50%。許多輸配電設(shè)施的平均使用率甚至更低。為了在滿足消費者需求的同時實現(xiàn)更大的供應(yīng)可變性，需要創(chuàng)新技術(shù)以使消費者及其能源技術(shù)對電力系統(tǒng)條件做出更大的響應(yīng)。在電力行業(yè)，州監(jiān)管機構(gòu)一直不愿意讓消費者接受動態(tài)定價(由于政治原因)，從而限制了消費者在高峰需求時保存的傾向。
網(wǎng)絡(luò)安全
美國國家科學(xué)院的一份重要報告(“恐怖主義與電力輸送系統(tǒng)，國家研究委員會”，2012年)確定了保護(hù)電力系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)和物理攻擊的影響。本報告建議采取措施，包括使用傳感器和開發(fā)微電網(wǎng)，以減少電網(wǎng)的脆弱性。雖然微電網(wǎng)本身可以為網(wǎng)絡(luò)攻擊提供足夠的“防火墻”是值得懷疑的，但智能電網(wǎng)的工作已經(jīng)幫助引領(lǐng)了將網(wǎng)絡(luò)安全納入流程和網(wǎng)格技術(shù)以及開發(fā)全面的網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)的方式。
集成的分布式能源（包括大規(guī)模的電動汽車）和碳交易政策的適應(yīng)性
歐盟估計，達(dá)到目前的歐洲目標(biāo)可能導(dǎo)致到2050年溫室氣體排放量減少80%(“2050年從歐洲委員會轉(zhuǎn)向2050年的低碳經(jīng)濟路線圖”)。這可能需要在很短的時間內(nèi)滿足重要的新負(fù)荷，同時在很大程度上使電氣部門脫碳。
為了支持這一點，電力公用事業(yè)公司需要基礎(chǔ)設(shè)施來支持就地化的分布式電源，并最終大規(guī)模采用分布式能源和電動汽車。這些要求可能比根據(jù)歷史經(jīng)驗預(yù)期的要快得多。例如，麥肯錫的一項研究發(fā)現(xiàn)，完全安裝的住宅太陽能光伏系統(tǒng)的成本可能會從2008年的每瓦峰值4美元以上降至2020年的每瓦峰值1美元。智能電網(wǎng)技術(shù)將提高電網(wǎng)“消納”能力，通過提供管理更復(fù)雜系統(tǒng)所需的可見性和控制，來增分布式能源的使用。然而，我們必須理解，傳統(tǒng)的輸電和配電必須適應(yīng)這些分布式能源，無論其處于高峰還是低谷。
集成需求響應(yīng)的負(fù)荷
智能設(shè)備，例如自動化客戶對節(jié)約和舒適的偏好的恒溫器，智能設(shè)備以及建筑和家庭能源管理系統(tǒng)，將充分利用數(shù)據(jù)分析的進(jìn)步和數(shù)字技術(shù)的成本下降來提供更廣泛和更深層次的需求參與。谷歌以32億美元收購Nest，而蘋果公司宣布其HomeKit能源應(yīng)用平臺只是不斷增長的供應(yīng)商基礎(chǔ)的一部分。做到這一點，需要公用事業(yè)和能源服務(wù)公司、技術(shù)和控制公司、有線和電信提供商、大型零售商和一系列初創(chuàng)企業(yè)。對于大多數(shù)電力用途，智能設(shè)備利用熱能的慣性，如，建筑物制熱制冷、熱水、冰箱以及負(fù)荷的時間特性，如，循環(huán)泵、批量處理、洗碗機和充電電動車輛和其他設(shè)備，來預(yù)測和控制需求。使用電力市場或系統(tǒng)運營的設(shè)備集成能源的自動選擇引擎可以確定使用電力的最便宜時間，實施節(jié)約策略，并匹配個人對舒適性和服務(wù)的偏好。
