電力系統(tǒng)是人類歷史上規(guī)模最大的系統(tǒng)之一，由各種發(fā)電設備和輸配電設施組成，讓我們能夠過上現(xiàn)代化的生活。在這些設備和廣闊的互聯(lián)網絡背后，系統(tǒng)運營商確保著我們每一秒的用電需求都得到滿足。在當今世界，無論國家大小，穩(wěn)定的電力供應都是經濟發(fā)展和人們日常生活的最基本保障。雖然暫時性的停電對家庭生活只會帶來些許不便，但對于醫(yī)院和軍事基地等關鍵設施而言，斷電很可能會造成重要服務或軍事任務的中斷，繼而危及人類生命安全。為本地需求提供電力的小型網絡——微電網，是規(guī)避這一風險的有效途徑之一。
目前在全球有數(shù)以百計的微電網正在運行，并且它們的數(shù)量仍在增長。在包括并網型和獨立型系統(tǒng)的各種微電網配置實踐中，我們可以有機會洞察微電網整合高比例波動的可再生能源的能力。
近年來，太陽能和風能發(fā)電成本大幅下降，這意味著太陽能和風能發(fā)電已經具備了與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電技術相當?shù)某杀靖偁幜?。這也使得微電網能夠在完成穩(wěn)定電力供應這一主要任務的同時，以經濟可行的方式實現(xiàn)清潔能源目標。
微電網可以與更大的電網相連接；而在大規(guī)模斷電事故發(fā)生時，微電網可以中斷與主要電網的連接并繼續(xù)獨立運行，保證其服務區(qū)域內家用和商用的電力供應。可靠性更高、更具可持續(xù)性以及更低的成本，這些優(yōu)勢使得并網型微電網采用率不斷提高，同時也在促進獨立型微電網的轉型，比如島嶼電網。島嶼上的電力系統(tǒng)與大型電力網絡相隔離，因此無法依靠大型電網提供供電可靠性和電力質量監(jiān)管，而必須時刻獨立保證自身電力供應。
加勒比地區(qū)島嶼，包括與克林頓氣候計劃(CCI)及落基山研究所-碳作戰(zhàn)室（RMI-CWR）的島嶼能源計劃的合作伙伴，是獨立型微電網的典型代表。多年來，這些島嶼的傳統(tǒng)電網都依賴于集中式柴油發(fā)電技術為居民與商業(yè)供電。但這一情況正在發(fā)生改變。現(xiàn)如今，許多獨立型微電網都積極開展能源轉型，開始充分利用電廠級和分布式可再生能源以及能效技術。
島嶼微電網轉型
發(fā)展中的島嶼小國在2016年巴黎締約國大會上展現(xiàn)了鼓舞人心的領導力，并且正在積極落實電力系統(tǒng)轉型，充分利用本地的可再生能源。太陽能光伏（PV）、風力發(fā)電以及儲能技術，能夠幫助獨立型微電網履行國際氣候承諾，提高能源獨立性，降低碳排放。例如，圣盧西亞的第一個可再生能源電廠項目正在建設當中；待這一規(guī)模3兆瓦（MW）的太陽能光伏項目完工并投入使用，能夠實現(xiàn)每年二氧化碳減排4千噸，同時提供足夠當?shù)?千戶家庭使用的清潔電能。
隨著微電網中波動的可再生能源比例的增加，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行需要更精密復雜的控制技術。以島嶼為例，整個國家（及其經濟）都依靠于唯一的電網。電網工程師和運行人員肩負著維持獨立型微電網穩(wěn)定運行的重要任務，因為這會影響到整個國家的運轉。巴巴多斯光電有限公司運營工程師Charmaine Gill-Evans解釋說：“對于島嶼電網而言，大部分經濟部門需要依靠于穩(wěn)定可靠的電力供應來保證高效的產品生產和及時的服務供應?？稍偕茉淳哂胁▌有?，其應用比例的提高增加了電網管理的復雜程度，但這一難題并非無法克服，可以通過嚴謹細致的研究和實踐得以解決?！?/p>
共同的的挑戰(zhàn)與機遇
雖然并網型和獨立型微電網明顯不同（即是否與大型電網連接），但它們也有許多共同點。這些共性使得各類微電網的項目經驗能夠互相借鑒，加速各類微電網學習曲線的上升勢頭。并網型微電網的優(yōu)勢是在正常運行時段可以依靠大型電網作為后備；同時，它們與獨立型微電網所應用的技術相似，并面臨著類似的挑戰(zhàn)——如何保證可靠、可持續(xù)且低成本的電力供應。在并網型和獨立型微電網的設計過程中，如何在波動性和穩(wěn)定性能源之間保持正確的平衡是一大主要挑戰(zhàn)。此外，另一個難題是如何在降低成本和建設大規(guī)模備用能源以保證可靠性之間找到經濟平衡。
和島嶼電網一樣，傳統(tǒng)的并網型微電網也較大程度依賴于各種化石燃料發(fā)電技術，尤其是柴油發(fā)電。它們的后備系統(tǒng)也常常以燃氣發(fā)電、燃料電池和熱電聯(lián)產（CHP）技術為主。隨著可再生能源技術成本的穩(wěn)定下降，以及分布式能源（DER）的價值得到越來越多的認識、管理與肯定，并網型微電網碳排放強度越來越低，同時發(fā)電來源越來越豐富。并網型微電網的另一個難題是需要為兩種主要運行模式分別設計控制系統(tǒng)。例如，加州大學圣地亞哥分校微電網就已成功證明了在連接大型電網和與其隔離時都可正常運行。
各種規(guī)模電網共同的機遇
由于獨立型和并網型微電網具有類似的目標、技術與挑戰(zhàn)，兩種微電網的設計者與運營商有機會充分交流，互相學習最佳實踐經驗?？紤]到并網型或獨立型微電網斷電的嚴重后果，對微電網構架設計、發(fā)電來源選擇、集成及控制必須經過非常仔細地研究。此外，電網運營商正在尋求創(chuàng)新而又經過驗證的解決方案，并且已開始嘗試應用新的運營方式，包括更貼近用戶的協(xié)調工作等?？紤]到電網擁有者與運營商必須評估的多方面問題，以及微電網所能提供的種種機遇，可以預見，微電網能夠在全球電力系統(tǒng)轉型中起到重要的指引作用。為了加速向成本更低、更可靠、更具可持續(xù)性微電網的轉型，我們有必要積極推進解決方案的共享。加勒比電力事業(yè)服務公司（CARILEC）可再生能源社區(qū)（CAREC）就是這樣一個供加勒比地區(qū)能源專業(yè)人士互相聯(lián)絡、合作和共同創(chuàng)新的組織。
發(fā)達國家歷來有著引領創(chuàng)新、科技進步和（電網）運營最佳實踐的傳統(tǒng)。但在發(fā)展微電網的過程中，島嶼國家尤其能夠引領能源轉型并分享經驗。在意識到安全穩(wěn)定的電力供應是電網健康和國家經濟的重要基礎，以及對外部的能源依賴的種種弊端后，各島嶼國家政府和電力公司如今正要抓緊這一難得的機遇發(fā)展和優(yōu)化可再生能源微電網系統(tǒng)。
作者Siana Teelucksingh，克林頓氣候行動島嶼能源計劃項目經理。
RMI-CWR的島嶼能源計劃得到了全球環(huán)境基金與聯(lián)合國開發(fā)計劃署的大力支持。同時CCI的工作得到了挪威政府援助基金的支持。
作者：Kaitlyn Bunker，落基山研究所項目總監(jiān)；Siana Teelucksin，克林頓氣候行動島嶼能源計劃項目經理
