“分布式能源”上網(wǎng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的辦法

北美能源基礎(chǔ)架構(gòu)公司Sempra 能源的子公司PSiXE能源解決方案公司產(chǎn)品和解決方案負(fù)責(zé)人約瑟•卡蘭薩(Jose Carranza)，上月中旬在美國(guó)《POWER》網(wǎng)上發(fā)文[1]，談分布式能源資源(DER)的聯(lián)網(wǎng)問題。他強(qiáng)調(diào)，世界蓬勃興建的分布式能源連接上網(wǎng)面臨困難，不像人們想象的“即插即用”那么容易，但也有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案，或許技術(shù)上不再需要復(fù)雜、專業(yè)的開發(fā)，就能聯(lián)接附近已有的電網(wǎng)了……

社區(qū)和國(guó)家要實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，必須擴(kuò)大可再生能源，但也給電力分配管理帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。目前，世界上大部分可再生能源，都通過(guò)分布式能源資源(DER)如家用太陽(yáng)能電池板、蓄電池、電動(dòng)汽車以及家庭與企業(yè)的充電器，進(jìn)行產(chǎn)生和儲(chǔ)存。

要求公用事業(yè)公司迅速調(diào)整、管理給居民供電的方式，顛倒了電力公司原來(lái)的、傳統(tǒng)的用大型發(fā)電廠發(fā)電給消費(fèi)者供電的方式。原來(lái)的能源消費(fèi)者正在成為能源生產(chǎn)者，公用事業(yè)公司正在努力應(yīng)對(duì)，把分布式能源整合到現(xiàn)有電網(wǎng)中，這是個(gè)新的挑戰(zhàn)，遠(yuǎn)非“即插即用”那么簡(jiǎn)單。

公用事業(yè)公司接受這類不斷變化的需求，要有一個(gè)清晰的路線圖，現(xiàn)在就可采取遞增行動(dòng)，同時(shí)確認(rèn)并為未來(lái)的需求做好準(zhǔn)備。現(xiàn)在有以軟件為基礎(chǔ)的解決方案，公用事業(yè)公司可在確定長(zhǎng)期基礎(chǔ)設(shè)施需求的同時(shí)，把這類的需求添加到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)公司的“成本效益”有益。

分布式能源資源帶來(lái)的挑戰(zhàn)

DER是間歇性的能源;光伏太陽(yáng)能電池板不吸收太陽(yáng)能時(shí)不會(huì)發(fā)電，這與通過(guò)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)發(fā)電的發(fā)電廠形成了鮮明對(duì)比。能源公用事業(yè)公司運(yùn)營(yíng)的電網(wǎng)已有百年的歷史，旨在提供連續(xù)資源產(chǎn)生的電力，因此沒有準(zhǔn)備整合間歇性的分布式能源?？焖侔袲ER集成到老化的電網(wǎng)中，會(huì)使電網(wǎng)頻率崩潰，造成電壓?jiǎn)栴}，增加限電和停電的可能性。最壞的情況，“周波擾動(dòng)”可能會(huì)損害工業(yè)設(shè)備和電氣基礎(chǔ)設(shè)施，因而可能迫使公用事業(yè)公司停止DER發(fā)電，以減少電網(wǎng)的壓力，防止斷電。

隨著安裝的可再生能源數(shù)量越來(lái)越多，公用事業(yè)公司將越來(lái)越拒絕接受大規(guī)模的分布式能源客戶。從2010年到2020年底，世界可再生能源裝機(jī)容量翻了兩倍，國(guó)際能源署(IEA)報(bào)告稱，全球新增裝機(jī)容量的90%是可再生能源。2021年，美國(guó)能源信息管理局(EIA)宣布，到2050年，美國(guó)可再生能源發(fā)電的份額將翻一番，主要?dú)w因?yàn)樘?yáng)能容量的增加。從本質(zhì)上說(shuō)，世界正在給電網(wǎng)增加可再生資源的速度，比公用事業(yè)公司能適應(yīng)的速度還要快。

太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)并不是唯一值得關(guān)注的地方。隨著電動(dòng)汽車(EV)采用量的增加，它們從電網(wǎng)上充電的電量也會(huì)明顯增加，特別是當(dāng)消費(fèi)者轉(zhuǎn)向更強(qiáng)大的充電器，減少充電時(shí)間時(shí)。電動(dòng)汽車充電器造成的快速而猛烈的充電，特別是在需求高峰時(shí)期，會(huì)使電網(wǎng)不穩(wěn)定。到2030年，電動(dòng)汽車預(yù)計(jì)將占美國(guó)新車銷量的近30%，而2021年還不到4%，另外汽車制造商還計(jì)劃在未來(lái)幾十年逐步淘汰汽油和柴油汽車。

在某些地區(qū)，大量的太陽(yáng)能DER已經(jīng)迫使公用事業(yè)公司采取激烈行動(dòng)，以避免損害電網(wǎng)。智利、中國(guó)、德國(guó)和美國(guó)的電力公司曾經(jīng)縮減太陽(yáng)能發(fā)電，以減少電網(wǎng)的波動(dòng)?？s減太陽(yáng)能造成的缺口，通常由傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電來(lái)填補(bǔ)，這使公用事業(yè)公司更難減排。公用事業(yè)公司為實(shí)現(xiàn)其氣候目標(biāo)，需要開發(fā)或采用各種解決方案，管理DER上網(wǎng)日益增加的壓力。

公用事業(yè)公司的解決方案

目前DER快速增長(zhǎng)，意味著大多數(shù)公用事業(yè)公司依賴拼湊的“臨時(shí)解決方案”保持電網(wǎng)穩(wěn)定。長(zhǎng)期解決方案則需要協(xié)調(diào)一致的規(guī)劃和資本密集型基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)。公用事業(yè)公司需要有辦法，用技術(shù)應(yīng)對(duì)給電網(wǎng)的直接壓力。這種技術(shù)自身要構(gòu)建得與電網(wǎng)的需求和復(fù)雜性演變相匹配。

公用事業(yè)公司最初可從有實(shí)時(shí)控制能力開始，并對(duì)所有網(wǎng)格的活動(dòng)有較深的理解，這是一種有效且可以理解的方法?；谲浖奈㈦娋W(wǎng)控制器可以整合到現(xiàn)有電網(wǎng)中，實(shí)時(shí)管理DER，并為公用事業(yè)公司運(yùn)行人員提供局部地區(qū)正在發(fā)生情況的全面視野。微電網(wǎng)控制系統(tǒng)能夠快速、獨(dú)立自動(dòng)地應(yīng)對(duì)DER引起的各種干擾，穩(wěn)定電力頻率，緩解間歇性能源問題。

公用事業(yè)公司的另一個(gè)直接的軟件解決方案是分布式能源資源管理系統(tǒng)，或DERMS。DERMS提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的DER協(xié)調(diào)和控制。DERMS可以匯集數(shù)千個(gè)DER，并且在管理公用事業(yè)和住宅DER資產(chǎn)以及傳統(tǒng)的、連續(xù)發(fā)電裝置時(shí)特別有用。

對(duì)于公用事業(yè)公司，最重要的是，微電網(wǎng)控制器和DERMS解決方案是現(xiàn)成可用的。它們是以軟件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，更容易與現(xiàn)有的電網(wǎng)整合，而且是應(yīng)對(duì)DER快速安裝面臨挑戰(zhàn)的經(jīng)濟(jì)劃算的方法。它們也是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案;是最近在韓國(guó)、關(guān)島和澳大利亞，與當(dāng)?shù)仉娏狙菔境晒Φ捻?xiàng)目[2]，微電網(wǎng)控制器和DERMS可有效管理電網(wǎng)，平衡DERS和傳統(tǒng)能源資產(chǎn)的需要。

公用事業(yè)公司雖然最終可能不得不進(jìn)行重大的基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)，以完全適應(yīng)分布式能源資源，但實(shí)時(shí)能源控制能促進(jìn)現(xiàn)在的集成，幫助公用事業(yè)公司為未來(lái)做好準(zhǔn)備。

參考資料：

1 Jose Carranza, Not Always Plug and Play—Challenges Utilities Face Managing DERs on Their Grids, POWER, Aug 19, 2021

2 Darrell Proctor, Communities Benefit from Microgrid Milestones, POWER, August 2, 2021