微电网(Micro-Grid)也译为微网,是一种新型网络结构,是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。

所谓“微”,是指与国家电网相比的,是相对传统大电网的一个概念,是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络,并通过静态开关关联至常规电网,并非指容量小于某个具体的值。微电网同时也可以与公用电网相连。

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微电网系统被视为未来智能电网的最重要一环,可以有效地实现电网侧电力能量的转移,实现能量的削峰填谷。微电网的应用是在传统电力系统生产模式基础上增加一个存储电能的环节,使得原来几乎完全刚性的系统变得柔性起来,可以让整个电网系统运行更加合理。在用电高峰期,微网系统可以为负载提供能量;在负荷低谷期,微网系统可以将电网中多余的能量存储起来。另外,在智能电网系统中,许多分布式电源会硬性地将产生的电能输送给电网,电网只能被动承受,因此分布式电源输出的电能质量很大程度影响着电网系统。增加微电网系统,可以有效地调节系统中的有功、无功,对电网中电能质量改善起到一个调节器的作用。

对微电网发展日趋重视,自下而上推动力越来越强

微电网已成为一些发达国家解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段。各国都依据本国电力系统实际问题提出了各自的微电网概念和发展目标。从全球来看,目前微电网主要处于实验和示范阶段,但从过去五年来看,微电网的技术推广已经度过幼稚期,市场规模稳步成长。世界各地的政府、主要能源公司和电力公司等积极主导或参与微电网工程建设,促进电力行业健康有序发展,推进电力体制改革,从而进一步规范微电网建设运营管理。通过城镇电网建设改造、智能电网等现有专项建设基金专项,加大微电网建设的资金支持力度。鼓励地方政府和社会资本合作,以特许经营等方式开展微电网项目的建设和运营。未来5到10年,微电网的市场规模、地区分布和应用场所分布都将会发生显著变化。微电网在国内的市场将非常广阔。

微电网发展历程

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来源:沙利文研究院绘制

产业链上游:储能、电力设备市场将成为行业发展的主要动力

微电网产业链上游是决定微电网逐步建设与发展的基础。微电网的产业链上游大致包括微电源、储能设备市场以及电力设备市场。微电源是微电网中重要的组成部分,主要作用是用来采集本地信息来控制电源。

储能设备对电网的发展重要性比较直观,在电力系统中有着广泛的应用,涵盖发电、输电、配电和终端用户的所有方面。根据能量转化介质的差异,储能方法可分为:物理储能、化学储能、热储能、电磁储能等。由于不同的储能技术工作原理和成熟度存在差异,因此在性能特点、经济成本和场地要求等方面各有差别。

储能技术对比图

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来源:沙利文研究院绘制

抽水储能是目前储能技术中发展最成熟,应用最为广泛的。抽水储能存储能量大,综合效率在70%至85%之间。电化学储能技术相对成熟,应用空间最为广泛,随着持续投入研发以及应用领域的扩展,成本还有很大的下行空间。随着研发水平的提升和规模经济优势的显现,电化学储能成本具备较大的持续下行空间。

输配电及控制设备是智能电网建设中不可或缺的一部分,主要用来接受、分配以及控制电能,保障线路的正常工作,将电能输送到用户。智能电网建设的加速推进,为智能配网自动化系统、智能变电自动化系统、用电信息采集系统及终端智能电能表、高低压开关及成套设备等产品提供了广阔的市场空间,成为行业发展的主要动力。

总发电机装机容量 (亿千瓦),2013-2022年预测

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来源:fsTEAM软件采编,沙利文数据中心编制

国家电网 2011 年-2015 年“全面建设阶段”智能电网建设智能化投资总额约1,749 亿元,投资范围包括了发电、输电、变电、配电、用电和调度等 6 个环节以及通信信息平台建设。

产业链下游:电网需求、电动汽车充换电需求增加

微电网产业链下游行业大致包括电网建设以及电力消费,主要是一些应用行业。在产业链中,上游主要以生产建设为主,而下游更偏向于应用消耗,上游决定初期的建设规模以及成长模式,下游主要决定对产品的使用。随着产业的发展与技术的进步,下游需求会反向推进上游建设,促进行业的发展。

受工业生产恢复、夏季高温天气和上年同期低基数等因素影响,《国家电力行业年度发展报告(2017)》中指出,电力消费需求呈现增速回升的态势。数据指出,全社会用电量59,747亿千瓦时,比上年增长4.9%,增速比上年提高4.0个百分点。

2017年用电量汇总

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来源:fsTEAM软件采编,沙利文数据中心编制

由上表数据可以看出,第二产业用电量同比增长2.8%。而制造业用电量同比增长2.48%。装备制造、新兴技术及大众消费品业增长势头较好,反映制造业产业结构调整和转型升级效果继续显现,电力消费结构不断优化,促进电网需求。

在电动车充换电需求方面,中国自2001年以来开始大力推行电动汽车的发展,计划在“十二五”期间建设充换电站2351座,充电桩22万个。同时,上海嘉定区政府与上海市电力公司合作,计划在年底完成770个充电桩的建设与投运工作。电动汽车的供电方式有充电模式和换电模式。目前多以充电方式为主,换电模式比较少见。虽然未实现大规模增长,但随着技术的进步和基础设施布局的完善,电动汽车将实现大规模增长,从而加大对电力能源的需求。

中国把电动汽车发展作为汽车产业应对能源安全、气候变化和结构升级问题的重要突破口,以及实现汽车行业跨越式发展的重要举措。各种电动汽车项目、优惠政策不断出现,尤其是在电动汽车充换电服务方面,各种电动汽车充换电网络建设项目不断启动。

 

政策与终端能源的转变将携手助力微电网行业的发展

国家能源局网站发布《微电网管理办法》(征求意见稿)指出,为促进电力行业健康有序发展,推进电力体制改革,将进一步规范微电网建设运营管理。

电能在未来将成为主要终端能源。微电网能够使新能源电力可以真正代替现有的火力发电而成为替代能源,这不仅可以解决新增用电需求,而且也对原有的电力需求予以规模性的替代,与此同时调整和改善能源结构,减少化石能源的使用,从高碳向低碳方向发展。

同时,在电能利用率和需求量不断增加的今天,传统电网已不能满足新能源时代的要求。以分布式为主基调的微电网在电力传输的过程中具有更加稳定的特性。所以电能将逐步成为未来的主要能源的背景影响之下,微电网行业也将会不断发展。

 

标准、技术与成本将减慢微电网的发展速度

国内微电网推广进展并不乐观,其中主要的制约因素就集中在标准、技术和成本上。首目前国内尚无统一、规范的微电网体系技术标准和规范,很大程度上影响了微电网技术的研究和示范工程的建设。其次,微电网技术的发展与先进的电力电子技术、计算机控制技术、通信技术紧密相关。但是国内电力电子技术在微电网中的应用水平不高。最后就是微电网的保护控制技术尚不成熟。

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微电网其实更类似于一种集成创新概念,它是在智能电网等相关技术的基础上集合而成的,所以目前从严格意义上来讲,并不具备壁垒技术。因此制约微电网发展的最大因素就是成本。微电网的后期运维要计入成本,因此微电网行业在前期建设和后期的维护中会投入大量的成本。这也会是制约微电网行业发展的一大主要因素。

想要降低微电网的运营成本,首先就要考虑储能技术的成熟程度,储能技术的成熟与否直接影响了微电网的成本高低。然而电力行业对产品可靠性要求高,传统上至少需要5年以上的实地可靠性测试和试用才能通过电力用户的最低标准,导致产品规模生产前定型周期长。要想在短期内大规模的提高技术水平而达到降低微电网的运营成本也存在着相当的难度。

 

沙利文全球合伙人、全球市场战略规划副总裁兼中华区总裁王昕博士指出,开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式,也是传统电网向智能电网过渡。先进电力设备的引进与微电网的普及将构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的统一的智能化电网。

 

沙利文最近出版的与电网产业相关的部分研究报告包括:

报告原名:《智能电网产业的未来》

英文名称:Future of the Smart Grid Industry

出版时间:2016.5

报告语言:英文

价格:人民币52,000元或US$8,000

 

报告原名:《保障能源网络安全中的电网创新》

英文名称:Securing the Power Grid-Innovations in Energy Cybersecurity

出版时间:2017.7

报告语言:英文

价格:人民币32,000元或US$4,950

 

联系电邮: Julie.Zheng@frost.com.

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