分散式能源與微電網——典型應用
最近輸電系統有關電網現代化的討論很多。電網現代化似乎是新的、意義廣泛的短語，涵蓋了很多不同的主題。儘管基於不同的角度，但重點可能是新形式的基礎設施或提高電力系統的效率，也許專家們還有興趣減少碳足跡或使用更新的智能電網技術、這方面也有很多討論。當所有有關電網現代化的言論被重新審視和簡化後，它就變得很簡單：需要一個更加動態和靈活的電網來滿足21世紀的需求。
戈梅拉島使用ABB提供的一個500千瓦基於飛輪儲能的PowerStore，成為典型意義上的分散式能源。該解決方案提供高速電網穩定性，以保持供需平衡(ABB)
幸運的是，電網的相關各方從多年前即致力於通過在電網上部署大量數字技術來植入現代化的種子。傳統電網的規模和複雜性使現代化成為一項巨大的挑戰，但這些先進技術正在使現代化成為可能。技術發展已經實現平台智能化，如，實時動態監測，預測分析診斷，決策資產管理系統和下一代可調度的可再生能源。
近75.6%的電力公司已經或正在制定現代化政策(Black&Veatch)
技術轉型
隨著電網從電力供應商擴展到能源服務平台，消費者成為產消者，尖端技術正在被結合起來，以提供人們無法預料的、改變遊戲規則的能源消費格局。「轉型」一詞在論文和討論中不斷湧現。這些非凡的技術正在將電力公司的傳統業務模式轉變為非常規業務戰略，這些戰略正在模糊發電商，配電商和客戶之間的區別。他們也在通過使用更少的煤和核能以及更多的風能，太陽能和天然氣來改變發電資源組合。
反過來，這為分散式能源(DER)系統開啟了大門，許多專家宣稱分散式能源將是電網現代化事業的最大加速器。原來的DER概念很簡單：小型能源 - 例如汽油或柴油發電機，屋頂太陽能和燃料電池 - 被放置在電錶後端客戶側，以保持照明或減少電費。從那時起，DER一直在發展，並演變成現在被稱為DER系統的各種數字技術。
新的DER系統包括發電設備，監控系統，控制方案和能量存儲系統(ESS)，這些系統能夠在連接電力生產商和消費者時實現更高的實時響應能力。當這些獨立的系統整合時，它們不僅僅再是它們各部分的總和，他們變得更加複雜。儘管不是什麼尖端科學，但它確實需要更好地了解技術和用戶的需求。可以說，DER系統在電網現代化過程中的價值表現為：它們可以滿足高度定製化的要求，並在需要的地方準確應用。
分散式發電在電力企業的電網現代化計劃中扮演著重要角色(Black&Veatch)
期望和策略
Black&Veatch每年都會發布其「戰略方向報告」，該報告對公用事業高管們就行業中正在發生的關注和趨勢進行了調查。2018年的報告包含幾個主題，電網現代化就是其中之一。Black&Veatch報告說：「大部分公用事業受訪者(76%)都在忙於開發電網現代化計劃，或者已經制定了新的配電策略，其中40%正在實施已經制定的電網現代化計劃，而有36%的人正在制定，在目前沒有從事電網現代化的24%中，超過一半的人正在考慮這一點。「
Black&Veatch的研究證實了許多官方的說法：電網現代化對於電網公用事業和運營商非常重要。不管喜不喜歡，現代化正在發生。其中一個研究的要點是正在引起廣泛興趣的DER系統。今年的調查顯示，在所有反饋當中，45.8%的公用事業高管選擇將DER系統集成為其計劃的驅動元素。
這不僅對他們很重要，而且也是電網現代化進程中的關鍵因素。這個細節很重要，因為在過去，DER系統已經連接到電力系統，但沒有人擔心如何將它們整合到電網的運行中。這可能看起來像撥開頭髮，但現在看來它還是很複雜的。當DER的滲透率增加時，將其整合到電力系統中，以確保電網作為一個實時運行實體，變得更為困難。
Navigant Research公布的一份報告顯示，到2024年，全球安裝的DER系統容量將達到530.7GW。報告指出：「在許多市場中，DER的部署正在挑戰現有的電網運營模式，需要一個具有高級通信和預先設計的動態網路，確保穩定，效率和公平。「
Black&Veatch的調查現在成為焦點，要安裝這個規模的DER，需要業主/運營商的大量資源。過去電力公司討論整合DER系統似乎很容易，但530GW絕對是一個挑戰。
一些組織和機構報告了DER系統的真正優勢在於本地化，它們能夠使區域各種不同的資源與負載相匹配。在當地實現匹配意義重大，因為像美國能源部(DOE)這樣的權威機構多年來一直強調，90%的電力中斷都發生在配電系統上。DER/ESS方案的本地化已被證明可以減少用戶停電，這已經引起了配電網的關注。為了同樣的目的，將DER系統應用到大電網側也是一種進步。只需要有人說，「讓我們把這些DER應用做得更大」，它為電網規模的DER方案打開一扇門，將改變輸電和配電系統界面。
康涅狄格州電力能源合作社(CMEEC)的DER系統：包括一個光伏電站和具有先進控制技術的電池儲能系統(CMEEC)
分散式能源與儲能
這種轉變有很多原因。可再生能源已經幫助改變了供用電的邊界，從消費者到產消者的轉變，我們的許多客戶已經成為了產消者。極端天氣事件也產生了影響。有趣的是，天氣的影響已經得到監管機構和客戶的更多關注。當冰暴和颶風摧毀供電系統時，每個人都感到不安，在大量資源用於加強電力系統以應對風暴之後，情況尤其如此。
大多數人都明白，面對龍捲風，火災，洪水和其他災難時，只有少部分技術可以做到保持照明，我們這是才會注意到DERs/ESS在這些地區的作用。這些小型設備為關鍵基礎設施提供了電力，使其能夠在電網停電後繼續運行，這提高了對DER技術的認識。
當然，最受關注的還是微網，它是DER系列的重要組成部分。微網被定義為電網的小規模版本，配有分散式發電(通常是風能或太陽能)，先進控制系統，孤島功能和儲能設施。過去，這些設備都是位於電錶後端用戶側的小型系統，適用於個人客戶，但這種情況正在發生變化，目前的微網已經轉移了電錶的前端，並且規模越來越大，這幫助他們獲得了電網所有者和運營商的認可。
由於島上安裝了太陽能設施，考艾島公用事業合作社中午的太陽能發電幾乎飽和。因此，合作社在其13兆瓦的光伏電站內安裝了52MWh的鋰離子(Li-ion)電池，以便儲存太陽能。該合作社最近宣布將增加另外19.3MW的太陽能發電和70MWh的電池存儲，加入到現有的屋頂太陽能，電池和可控負載等DER系統。這種電網級DER系統為太陽能發電提供持續的服務，並穩定電壓轉換。
康涅狄格市政電力能源合作社(CMEEC)及其合作夥伴SolarCity在康涅狄格州Bozrah，Norwich和Groton安裝了多個太陽能設施，總裝機容量為13MW，配備1.5MW/6MWh鋰離子電池儲能系統。根據新聞稿，「將在Norwich設置的電池儲能將與SolarCity的GridLogic控制技術集成，使CMEEC能夠遠程調控存儲能量來管理峰值負載並優化網路的運營效率。」
這些電網集中式的DER/ESS項目為CMEEC的網路提供了可靠性支持，並使能源更加安全。
分散式能源的部署
輸電配電邊界的移動並不新鮮，很多年以前就發生過。最早受到關注的是聖地亞哥燃氣電力公司(SDG&E)的Borrego Springs微電網項目。Borrego Springs坐落在2007年被野火摧毀的輻射供電線路末端。在美國能源部和加利福尼亞能源委員會資助下，SDG&E為該鎮建造了一個微電網。該系統與客戶的屋頂太陽能裝置相互連接，包括兩台1.8MW柴油發電機組，一台500kW/1500kWh電池儲能裝置和三台較小的50kWh電池。
SDG&E Borrego Springs微電網具有多種能源資源，可以構建強大的系統(國家能源技術實驗室)
該系統於2013年受到惡劣天氣摧毀輸電線路的考驗。微電網在輸電線路恢復的24小時中承擔了全部負載。2015年該DER系統進行了升級，連接到26MW的太陽能設施。SDG&E表示，該項目經常被用作能源創新的代表。
原來的Borrego Springs微電網(如圖所示)其在電網上的角色多年來不斷變化(加州能源委員會)
另一個為大型DER項目提供實踐經驗的項目是Ameren技術應用中心DER項目。該項目毗鄰伊利諾伊州Champaign的UIUC校園，於2016年12月成為北美第一個實用規模微電網。Ameren的微電網運行在4 kV和34.5 kV之間，具有多級控制。Ameren DER項目將太陽能發電場，風力發電機，天然氣發電機和電池儲能相互連接，產生1475kW的電力。
Ameren的DER系統由施耐德電氣的EcoStruxure軟體控制。這個基於雲的軟體平台簡化了DER系統與電網的集成。Ameren系統使用100千瓦的Northern Power Systems風力發電機組，125千瓦英利太陽能太陽能電池陣列，兩台500千瓦的Caterpillar天然氣發電機和一台250千瓦的S&C Electric Co.電池儲能系統，可以提供兩小時的電力。
Ameren微電網將風力發電機，天然氣發電，光伏電站和電池儲能相互連接。微電網可以直接向當地客戶輸送電力，將電力輸送到電網或進行存儲(Ameren)
最近，Xcel能源公司宣布將與松下公司和丹佛國際機場一起安裝大型DER系統。該項目包括位於饋線上的電池儲能系統，太陽能約佔30%。據一位項目發言人稱，「松下項目的四個主要組成部分包括：1.6兆瓦直流機庫頂部太陽能安裝，松下公司的259千瓦直流屋頂光伏系統，1MW/ 2MWh鋰離子電池以及開關和控制系統來操作儲能系統和微電網功能。「
電池系統包含Younicos GmbH的Y.Cube，由Younicos提供的智能YQ儲能控制軟體。DER系統通過緩釋控制提供頻率調節，太陽能電網整合，以及電網調峰，電價套利和非日光時間的備用電力。
Xcel Energy與松下和丹佛國際機場建立了一個獨特的公私合作夥伴關係，以建立一個大型DER系統示範項目(Xcel Energy)
分散式能源的消納
由於ABB，伊頓，通用電氣，S&C Electric，西門子公司和施耐德電氣等製造商引進了更先進的DER系統，因此這些電網側DER系統項目正在獲得動力。這些努力的結果是越來越重視重新定義電網邊界。電力研究院(EPRI)關於將DER系統納入電網的報告稱：「通過技術改進，政策激勵和消費者在技術和服務方面的選擇，DER在未來的作用可能變得更加重要。 「
EPRI在報告中指出，DER技術的真正價值在於它所提供的服務，但現有監管政策，程序和規則使其變得困難。幸運的是，這正在發生變化。監管機構和其他利益相關方更好地理解了DER技術為電網彈性，安全性，需求響應和效率提供服務。
幾年前，當政策制定者開始改變互連規則並為部署DER系統提供激勵時，友好的監管政策就已經開始了。聯邦能源管理委員會(FERC)近幾年已經連續發布新的指令，承認使用ESS的DER系統的價值。
通過890和719號指令，FERC允許安裝儲能技術的公司獲得補償。在2011年，聯邦能源管理委員會通過755號指令接受了快速響應技術(例如電池和飛輪)的價值。2013年，聯邦能源管理委員會的784號指令廣泛地向DER / ESS技術開放輔助服務市場。2016年末，聯邦能源管理委員會公布了一項提議的規則制定通知，以更有效地將電力存儲資源整合到有組織的市場。
2018年儲能取得更實質性的進展。FERC在2月15日的投票種一致通過——區域傳輸組織、獨立系統運營商可以將儲能資源納入容量、能源和輔助服務市場，清除其為電網提供服務的障礙。
在歐盟，中央機構沒有制定關於DER系統使用或部署的具體規定或政策。各國可以制定自己的戰略並實施。英國，愛爾蘭，德國和義大利正致力於建立氣候友好型能源消費模式，通過具體指令和框架計劃促進可再生能源的滲透和微電網的開發。
在中國，政府制定了優惠政策。其目標是鼓勵大規模開發和部署可再生能源和分散式發電，以促進中國的DER系統。
像Navigant Research這樣的分析師並沒有忽視這一全球性努力。預計到2026年，分散式儲能年發電量將從2017年的683.9兆瓦增加到19,699兆瓦。最近的市場分析顯示2017年全球最大的DER市場(最新數據)將是美國，中國，德國，日本和英國。
更加分散的輸電系統和成熟的DER系統已經成為電網的熱點，對這些新技術的接受朝著積極的方向發展。
Xcel Energy的為期兩年的54千瓦的社區能源儲存項目將測試饋線上電錶後端用戶側的電池儲能以及電網側大規模電池儲能，以測試該技術(Xcel Energy)
基礎工程
隨著DER技術在能力和性能方面的擴展，其接受程度也會增加，但了解這些系統、如何評估和集成到電網中更為重要。隨著技術複雜性的增加，技術的應用似乎越來越困難。但是，它仍然圍繞著基礎工程實踐展開。並非所有的DER系統都是相同的。需要快速響應還是持續供電更好?DER系統可以提供幾秒鐘或幾個小時的能量。是否需要大容量的兆瓦級電力，或者短時間爆發能夠滿足最佳需求?DER系統可以是幾瓦或幾兆瓦。
因此，了解需要解決的問題和現實能力至關重要。DER系統提供服務以支持電網並為客戶提供可靠的電力。他們可以提高電能質量，並提供持續可靠的電力。該行業需要將DER系統成功整合到電網中。該技術正在改變輸配電系統界面，並將產業轉向電網的分散化。然而有一點很重要，理解DER系統和電網不是競爭關係，而是互補的技術。
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