什么是“微電網”?
電網的組成包括發(fā)電、輸電、變電、配電和微電網,前四個環(huán)節(jié)為主干網,微電網面向終端企業(yè)用戶,是主干網的延伸。
微電網(Micro-Grid)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。
開發(fā)和延伸微電網能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入,實現對負荷多種能源形式的高可靠供給,是實現主動式配電網的一種有效形式,是傳統(tǒng)電網向智能電網過渡過程中不可或缺的一部分。
微電網可以分為并網型和獨立型,其中并網型微電網通常與外部電網聯(lián)網運行,且具備并/離網的切換與獨立運行能力。
微電網的主要特征包括:
1.微型:主要體現在電壓等級低,一般在35千伏及以下;系統(tǒng)規(guī)模小,系統(tǒng)容量(較大用電負荷)原則上不大于20兆瓦。
2.清潔:電源以當地可再生能源發(fā)電為主,或以天然氣多聯(lián)供等能源綜合利用為目標的發(fā)電型式,鼓勵采用燃料電池等新型清潔技術。其中,可再生能源裝機容量占比在50%以上,或天然氣多聯(lián)供系統(tǒng)綜合能源利用效率在70%以上。
3.自治:微電網內部具有保障負荷用電與電氣設備獨立運行的控制系統(tǒng),具備電力供需自我平衡運行和黑啟動能力,獨立運行時能保障重要負荷連續(xù)供電(不低于2小時)。微電網與外部電網的年交換電量一般不超過年用電量的50%。
4.友好:微電網與外部電網的交換功率和交換時段具有可控性,可與并入電網實現備用、調峰、需求側響應等雙向服務,滿足用戶用電質量要求,實現與并入電網的友好互動,用戶的友好用能。
微電網的主要結構包括:
1.上級電網連接裝置:通過公共耦合點(CCP)并入配電網,通過中央控制器(MGCC)控制上級電網與微電網之間的功率傳輸。
2.電源裝置:包括光伏、風能、燃料電池、微型燃氣機等分布式電源,通過逆變器(PEC)和微源控制器(MC)并入微電網,為微電網提供電源。
3.儲能裝置:包括儲能電池、抽水蓄能、飛輪儲能等,同樣通過逆變器(PEC)和微源控制器(MC)并入微電網,為微電網提供電源。
4.負荷裝置:通過可控負荷控制器(LC)調節(jié)可控負荷。
目前微電網工程大致可以分為三類應用場景:邊遠地區(qū)微電網、海島微電網和城市微電網。
1、邊遠地區(qū)微電網
邊遠地區(qū)地廣人稀,遠離大電網,交通不便,采用電網延伸的方式成本高,采用化石能源發(fā)電對生態(tài)環(huán)境的損害大。
但是,邊遠地區(qū)風光等可再生能源豐富,土地成本較低,適合發(fā)展新能源微電網。
目前,在我國西藏、青海、新疆、內蒙已經建成一批新能源微電網示范項目,解決了當地的供電困難。
2、海島微電網
我國面積500平方米以上的島嶼有6536個,其中有人居住的島嶼共450個。這些島嶼中,小島多、大島少,缺水島多、有水島少。
這些島嶼總體用電量不大,遠距離架設輸電網絡不具有經濟效益,尤其是外海島嶼遠離大陸,敷設海底電纜的前期投入和后期維護費用巨大。
打造包括太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、海浪發(fā)電和蓄電池儲能系統(tǒng)在內的全新分布式供電系統(tǒng),與海島原有的柴油發(fā)電系統(tǒng)和電網輸配系統(tǒng)集成為多能互補微電網系統(tǒng),是解決離網型海島用電難問題的有效途徑。
3、城市微電網
隨著控制技術進步,電價上漲,城市出現戶用微網系統(tǒng)和工商業(yè)零碳智慧微電網,包括集成可再生分布式能源,提供高質量及多樣性的供電可靠性服務,冷熱電綜合利用,可以實現零能耗建筑,電網削峰填谷、調峰調頻等多種功能。
工商業(yè)微電網系統(tǒng)利用物聯(lián)網,聯(lián)系大電網,分布式能源站、能源用戶,并借助能源管理系統(tǒng),實現工商業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的靈活可控,促進清潔能源的開發(fā),實現電能、熱(冷)能等的綜合利用、相互轉化和存儲,全而降低用能成本,提升經濟效益,減少污染物排放。幫助企業(yè)進行高效的能源管理,改變能源的使用習慣,規(guī)范和加強能源管理。
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多因素共同驅動企業(yè)微電網市場
微電網根據用戶群體可劃分為企業(yè)微電網、民用微電網,以及其他類(軍/校/醫(yī)等),其中企業(yè)微電網為包含“發(fā)-輸-變-配-用”完整功能的企業(yè)自用小型完整用電網絡。
但并非所有企業(yè)自持的用電網絡都是企業(yè)微電網,在現階段,企業(yè)自持的電網往往是處于低壓配電網末端的部分電力設施,低壓配電網前端的電力設施往往屬于供電公司。
但企業(yè)自持的低壓配電網可通過改造,補齊“發(fā)-輸-變-配-用”完整功能,使之變?yōu)槠髽I(yè)微電網。
新能源后時代,分布式光伏、儲能、充電樁等硬件普及以及盈利模式明確,電力市場交易規(guī)則加速完善,多方面因素驅動企業(yè)微電網能效管理系統(tǒng)配置意愿增強。
1.企業(yè)用能趨緊,可靠用電訴求增強。
近年來在“雙碳”發(fā)展背景下,企業(yè)能耗雙控力度整體較嚴,較多企業(yè)面臨拉閘限電問題,影響企業(yè)正常生產經營。
同時極端天氣也對電力負荷產生較大壓力,近年以來我國華東、華中、華北、華南、川渝等地區(qū)出現歷史罕見高溫極熱天氣,多省市電力負荷創(chuàng)新高,部分流域水電來水偏少,水電機組出力受到嚴重影響,電力緊缺情況進一步加劇。
在主電網電力可靠性降低情況下,企業(yè)為保障自身生產經營不受影響、減少停電損失,加裝分布式電源及配套微電網調度系統(tǒng)的積極性持續(xù)提升。
2.電力價格市場機制持續(xù)完善,電力峰谷價差擴大、電價上漲。
2021年10月國家發(fā)改委發(fā)布《關于進一步深化燃煤發(fā)電上網電價市場化改革的通知》,要求燃煤發(fā)電市場交易價格浮動范圍提升到20%,高耗能企業(yè)市場交易電價不受上浮20%限制。
2022年2月國家發(fā)改委、能源局發(fā)布《關于加快推進電力現貨市場建設工作的通知》,并在11月25日發(fā)布《電力現貨市場基本規(guī)則(征求意見稿)》、和《電力現貨市場監(jiān)管辦法(征求意見稿)》,對2月份的《通知》進行了系統(tǒng)性完善,電力現貨市場制度框架已趨于完善,全面推廣在即。
使用微電網可幫助企業(yè)進行峰谷套利、節(jié)能降耗,明顯降低用能成本,未來隨著電力峰谷價差擴大、電價上漲,企業(yè)鋪設微電網動能持續(xù)強化。
3.電力市場體制加速變革,企業(yè)微電網可直接參與電力現貨市場交易。
2022年11月國家發(fā)改委、能源局發(fā)布的《電力現貨市場基本規(guī)則(征求意見稿)》中明確提出:要穩(wěn)妥有序推動新能源參與電力市場,并與現有新能源保障性政策做好銜接;要推動儲能、分布式發(fā)電、負荷聚合商、虛擬電廠和新能源微電網等新興市場主體參與交易。
2023年1月10日,國家發(fā)展改革委辦公廳發(fā)布《關于進一步做好電網企業(yè)代理購電工作的通知》,提出各地要適應當地電力市場發(fā)展進程,鼓勵支持10千伏及以上的工商業(yè)用戶直接參與電力市場,逐步縮小代理購電用戶范圍。
4.市場廣闊,2025年我國企業(yè)微電網投資規(guī)??蛇_520億元。
2021年我國新增工商業(yè)分布式光伏裝機7.7GW,但目前階段主要是以鋪設分布式光伏電站為主,尚未圍繞分布式電站大面積鋪設微電網,因此當前階段企業(yè)微電網市場規(guī)模較小。
展望2025年,根據全球能源互聯(lián)網發(fā)展合作組織《中國“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃研究》,我國到2025年末擬初步實現光伏裝機561GW,較2020年累計裝機量(253GW)增加約308GW,假設其中分布式光伏占比60%,同時工商業(yè)占分布式光伏中的50%,則十四五期間工商業(yè)分布式光伏將增加90GW,假設2022-2025年逐年分別增加14/18/22/26GW,并假設2025年工商業(yè)分布式光伏微電網滲透率達到20%。
我們以10元/W企業(yè)微電網建設成本測算,僅考慮工商業(yè)分布式光伏的情況下(不考慮分散式風電、天然氣多聯(lián)供、燃料電池等其他分布式電源),2025年我國企業(yè)微電網市場規(guī)模有望達520億元。
3萬億市場,誰主沉???
國家電網公司的統(tǒng)計,我國10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶有200萬戶以上,這些用戶均有建設或改造微電網的潛力。
常見工商業(yè)鋪設分布式電源裝機規(guī)模約1-2MW,我們假設1MW/個,根據能源局示范項目數據,平均每W微電網分布式電源裝機對應企業(yè)微電網整體投資約10-11元,我們以10元/W企業(yè)微電網建設成本測算,單個企業(yè)微電網投資規(guī)模約1000萬元。
存量200萬戶10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶若全部鋪設微電網,潛在市場總空間可達20萬億元。
企業(yè)微電網的需求端是各工商企業(yè)主,其中也有較多工商業(yè)主委托供電公司 代建,這類項目經供電公司轉包后在市場上放出,但較終的需求方均是各工商業(yè)主。
供給端看:參與企業(yè)微電網的市場主體大致可以分為以下三類:
1.電網公司旗下軟硬件開發(fā)及集成服務企業(yè)
該領域以國網四大家為代表,同時各地電力三產公司持續(xù)服務長尾市場。由于較多業(yè)主微電網需求會直接委托供電公司代建,因此有較多項目被電網公司旗下的軟硬件開發(fā)及集成服務企業(yè)所消化,其中較大的包括國電南瑞、國電南自、許繼電氣、四方股份、國網信通等。
此外,中小型項目還會被各地廣泛存在的電力三產公司所消化。
根據國家能源局《電力業(yè)務資質管理年度分析報告(2022)》,截至2021年,我國共有持證承裝(修、試)電力設施企業(yè)共3.16萬個(該許可證主要用于承接相應電壓等級電力設施的安裝、維修或者試驗業(yè)務),其中山東、江蘇、河南、四川、廣東等省市均擁有超過2000個,具備相關資質的企業(yè)眾多且非常分散,持續(xù)服務長尾市場。
代表公司有國電南瑞,其企業(yè)微電網領域已有完備產品,成功應用在多項示范項目。
國電南瑞在微電網方面聚焦分布式電源并網和接入控制,主要開展了新能源并網的保護控制、協(xié)調控制和運行控制等裝備研發(fā),已實現微電網二次系統(tǒng)配置齊套化。
目前國電南瑞企業(yè)微電網產品已成功應用在南京江北充電塔面向電力物聯(lián)網的智能協(xié)調控制項目、無錫低壓臺區(qū)區(qū)域能源自治示范工程項目、蘇州基于電力物聯(lián)網的電動汽車與能源互動融合應用示范項目等。
2.基于低壓電器生產能力向企業(yè)微電網延伸的企業(yè)
國內外龍頭共同角逐低壓設備,通過打包軟硬件解決方案銷售方式積極開發(fā)微電網產品。
由于企業(yè)微電網鋪設過程中需用到大量低壓電器,因此低壓電器生產商可通過打包解決方案的形式為工商業(yè)主提供微電網產品。
如國內的正泰電器、德力西、良信股份等,以及在國內開展相關領域業(yè)務的海外企業(yè)施耐德、西門子、ABB等。
從我國低壓電器份額分布上看,2021年施耐德占比14.7%,其次為正泰電器/德力西,分別占14%/7%。這些低壓設備生產企業(yè)為促進設備的銷售,也開發(fā)出較多的系統(tǒng)解決方案來實現軟硬件打包銷售,其中也包括微電網應用領域。
3.基于細分領域集成能力向企業(yè)微電網延伸的企業(yè)
企業(yè)微電網是貼近用戶側的電力網絡,具有需求分散、個性化需求多、市場化程度高等基本特征,部分民營企業(yè)依托較為靈活高效的管理體制、激勵機制、創(chuàng)新能力,在企業(yè)微電網細分領域已積累較強的集成交付實力。
同時伴隨分布式光伏及儲能快速發(fā)展,這些民營企業(yè)將自身產品與光伏、儲能相互融合,很容易打造出各具特色的企業(yè)微電網產品。
這類基于細分領域集成能力,向企業(yè)微電網領域延伸業(yè)務的企業(yè)包括:電力能效管理領域的安科瑞,配網EPCO領域的蘇文電能,電力通信領域的澤宇智能、威勝信息,能源物聯(lián)網領域的炬華科技等。
微電網正處于高速發(fā)展期,隨著微電網市場的重心開始向工業(yè)和商用項目轉移,企業(yè)微電網市場的未來愈發(fā)光明。

