微電網(wǎng)在茶山生態(tài)游建設(shè)中的應(yīng)用

秦光耀，殷冬冬

（鄭州電力高等?？茖W(xué)校，河南鄭州 450000）

我國(guó)幅員遼闊，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡等因素，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)較差，難以與國(guó)家大電網(wǎng)相連，至今還受到供電難的困擾，在這種情況下，微電網(wǎng)的建設(shè)問(wèn)題逐漸被上升為國(guó)家戰(zhàn)略。2017年11月，國(guó)家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)文《推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》，與此同時(shí)，中國(guó)電科院牽頭編寫(xiě)了《微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)測(cè)試規(guī)范》，為積極推進(jìn)微電網(wǎng)建設(shè)提供了政策上的依據(jù)，規(guī)范了微電網(wǎng)沿著健康、有序的方向發(fā)展。我國(guó)是茶的故鄉(xiāng)，茶葉的發(fā)現(xiàn)和利用歷史，可以追溯到2700多年以前。產(chǎn)茶區(qū)幅員遼闊，茶葉種類繁多。近些年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，以休閑、度假、放松心情為目的生態(tài)游，逐漸成為旅游市場(chǎng)的一匹黑馬。因?yàn)槲覈?guó)的產(chǎn)茶區(qū)多在南方丘陵地區(qū)，景區(qū)開(kāi)發(fā)所具備基礎(chǔ)條件較差，尤其是在電網(wǎng)建設(shè)和覆蓋上尚存在不足之處。因此茶山生態(tài)游的建設(shè)，電能匱乏是一個(gè)繞不開(kāi)的難題之一。在這種情況下，微電網(wǎng)的建設(shè)，無(wú)疑為茶山生態(tài)游的建設(shè)提供了新的思路。本文將從微電網(wǎng)的構(gòu)成說(shuō)起，分析茶山建設(shè)微電網(wǎng)的可行性因素，為微電網(wǎng)在茶山生態(tài)游建設(shè)中的應(yīng)用提出自己的見(jiàn)解來(lái)。

1 微電網(wǎng)的概念和構(gòu)成

目前我國(guó)的電網(wǎng)架構(gòu)，和一百多年前電力誕生之初并沒(méi)有本質(zhì)不同。它的設(shè)計(jì)基于集中式結(jié)構(gòu)，幾個(gè)大型的發(fā)電廠生產(chǎn)電力，再通過(guò)電網(wǎng)輸送到幾百數(shù)千公里外的用戶側(cè)。微電網(wǎng)的提出和建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，并且解決了分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行的難題。

1.1 微電網(wǎng)的概念

微電網(wǎng)指的是將分布式電源、電量存儲(chǔ)裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)操作監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)有兩種形式，一種是并網(wǎng)型微電網(wǎng)，可以與國(guó)家電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以作為獨(dú)立的供電系統(tǒng)運(yùn)行，為網(wǎng)內(nèi)的用電設(shè)備供電。還有一種是獨(dú)立型微電網(wǎng)，通過(guò)發(fā)電裝置和儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)用電量的自我平衡。

與國(guó)家電網(wǎng)不同的是，微電網(wǎng)大多利用綠色能源進(jìn)行發(fā)電，它的建設(shè)和推廣，對(duì)減少污染排放，促進(jìn)區(qū)域綠色發(fā)展有著重要的意義。

1.2 微電網(wǎng)的基本構(gòu)成

對(duì)于微電網(wǎng)的建設(shè)來(lái)說(shuō)，由于存在項(xiàng)目之間的差異性，所以不同項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)上可能會(huì)有千差萬(wàn)別，但萬(wàn)變不離其宗，在技術(shù)架構(gòu)上，所有的微電網(wǎng)都是基本相同的。一般來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)的構(gòu)架，主要包括以下幾個(gè)單元模塊。

電源。微電網(wǎng)系統(tǒng)中最基本的構(gòu)成就是電源。選取電源的種類，要綜合各種因素，首先要滿足微電網(wǎng)內(nèi)用電設(shè)備的用電需求，其次要從技術(shù)層面和經(jīng)濟(jì)層面進(jìn)行考慮，最終確定選取哪種類型的電源。常見(jiàn)的電源有光伏、風(fēng)能、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、以及其他分布式發(fā)電技術(shù)如：小型水電，小型波浪發(fā)電，地?zé)岚l(fā)電，小型潮汐發(fā)電等等。在所有電源中，最受到廣泛關(guān)注的就是分布式光伏電源。近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的提升，我國(guó)光伏電池的價(jià)格大幅下降，成本的下降為基于分布式光伏的微電網(wǎng)的推廣奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，光伏微電網(wǎng)也存在一定的挑戰(zhàn)，主要來(lái)自維護(hù)和電量存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求。一方面來(lái)自環(huán)境因素，太陽(yáng)能電池暴露在高溫高濕的環(huán)境中時(shí)，其性能會(huì)下降，使用壽命會(huì)大幅縮短。另一方面，由于陽(yáng)光具有間斷性，到了夜間，光伏電池就會(huì)失去作用，因此對(duì)電量存儲(chǔ)設(shè)備的性能又提出了新的要求，光伏電池的裝機(jī)數(shù)量越大，儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量也要相應(yīng)的增加。其次是風(fēng)能發(fā)電，現(xiàn)在越來(lái)越多的地方開(kāi)始了風(fēng)能發(fā)電的布局，即成為當(dāng)?shù)丨h(huán)境的標(biāo)志性建筑，又實(shí)現(xiàn)了電能的自給自足。

電力管理系統(tǒng)。電力管理系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)將分布式電源發(fā)出的電力，從電源輸安全的送到用電設(shè)備。為方便使用，電力管理系統(tǒng)可以通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置，將電源處處產(chǎn)生的各規(guī)格的電能，轉(zhuǎn)換成滿足網(wǎng)內(nèi)用電設(shè)備需要的用電形式，例如光伏產(chǎn)生的是直流電，而家用電器則用的是50Hz交流電，如果不進(jìn)行轉(zhuǎn)換的話，電器也不能正常進(jìn)行工作。現(xiàn)代微電網(wǎng)還融入了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)軟件來(lái)控制系統(tǒng)，微電網(wǎng)的運(yùn)行得以更加的高效和穩(wěn)定。

儲(chǔ)能系統(tǒng)。顧名思義，該系統(tǒng)是為儲(chǔ)備多余電量而設(shè)立的，其重要性不言而喻。正因?yàn)橛辛藘?chǔ)能系統(tǒng)的存在，微電網(wǎng)內(nèi)部電力供需平衡才得以實(shí)現(xiàn)，電壓和頻率得以穩(wěn)定穩(wěn)定。不僅如此，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可保證微電網(wǎng)內(nèi)所有用電設(shè)備用電需求，隨時(shí)可以得到滿足。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，目前常見(jiàn)的儲(chǔ)能設(shè)備有電池，超級(jí)電容、燃料電池+電解池等等。

用電設(shè)備。微網(wǎng)建設(shè)的目的就是為網(wǎng)內(nèi)用電設(shè)備提供所需電力，系統(tǒng)中全部的發(fā)電量的設(shè)計(jì)以及儲(chǔ)能設(shè)備中的電能儲(chǔ)備量的設(shè)計(jì)，都要圍繞著用電設(shè)備總負(fù)荷來(lái)進(jìn)行。因?yàn)殡娏靠偣β适遣蛔兊?，因此綜合考量網(wǎng)內(nèi)用電設(shè)備的總用電量，對(duì)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行十分必要，因?yàn)樗鼈儧Q定了發(fā)電裝機(jī)容量以及對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求。例如，對(duì)一個(gè)基于分布式光伏發(fā)電的微電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，為手機(jī)充電的負(fù)荷，對(duì)系統(tǒng)影響微乎其微，而開(kāi)啟電冰箱或者空調(diào)這樣的用電設(shè)備，則對(duì)系統(tǒng)管理用電負(fù)荷帶來(lái)很大的影響。

對(duì)外連接設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，并網(wǎng)式微電網(wǎng)要與國(guó)家電網(wǎng)相連，兩種電力之間的交換要方便快捷容易操作。這種類型的微電網(wǎng)，目前多在校園和醫(yī)院中常見(jiàn)，國(guó)家電網(wǎng)是主力電網(wǎng)，因外部因素導(dǎo)致國(guó)家電網(wǎng)斷電后，可緊急啟用微電網(wǎng)。

2 微電網(wǎng)的運(yùn)行和作用

2.1 微電網(wǎng)的運(yùn)行

一般來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)主要有兩種運(yùn)行模式：

一是并網(wǎng)運(yùn)行，并網(wǎng)運(yùn)行就是微電網(wǎng)與國(guó)家公用電網(wǎng)相連，微網(wǎng)斷路器閉合，與主網(wǎng)配電系統(tǒng)進(jìn)行電能交換。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在并網(wǎng)模式下進(jìn)行充電或放電操作。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)控制裝置安全轉(zhuǎn)換到離網(wǎng)運(yùn)行模式。

二是離網(wǎng)模式，當(dāng)檢測(cè)到微電網(wǎng)發(fā)生故障，或者是電能符合不滿足要求時(shí)，微電網(wǎng)將啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制，及時(shí)與國(guó)家電網(wǎng)斷開(kāi)而獨(dú)立運(yùn)行，這種模式也稱為孤島模式。出于安全角度的考慮，兩者切換必須快速平滑。微電網(wǎng)相對(duì)于國(guó)家電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)為單一的受控單元，可以隨時(shí)進(jìn)行斷網(wǎng)和并網(wǎng)的切換。微電網(wǎng)內(nèi)部的電源，主要由轉(zhuǎn)換系統(tǒng)負(fù)責(zé)電力的轉(zhuǎn)換，為網(wǎng)內(nèi)用電設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電力。

2.2 微電網(wǎng)的作用和意義

微電網(wǎng)的作用和意義，首先體現(xiàn)在就近取能，高效清潔上。因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)內(nèi)部的電源，主要能量來(lái)自天然氣、光伏及風(fēng)電等新能源，排放量少或者是零排放，高效清潔，有利于緩解保護(hù)。如在西北地區(qū)，風(fēng)力和光能資源充足，修建大型風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站，用戶在接入電源設(shè)備時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)了電能就近使用，最大程度減少在電網(wǎng)中傳輸?shù)碾娏p耗，進(jìn)而提升了能源的使用效率。

微電網(wǎng)的作用和意義，還體現(xiàn)在單點(diǎn)連接，減少對(duì)國(guó)家電網(wǎng)設(shè)備沖擊上。微電網(wǎng)與國(guó)家電網(wǎng)，是通過(guò)微電網(wǎng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)進(jìn)行連接的，這樣的做法，最大程度上避免了微電網(wǎng)內(nèi)電源與國(guó)家電網(wǎng)的直接連接。微電網(wǎng)中的電力，主要用于網(wǎng)內(nèi)供電，不向外進(jìn)行輸送，因此對(duì)國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)的影響可以降至最低。

微電網(wǎng)的意義和作用，最后體現(xiàn)在供電可靠性的提高上。微電網(wǎng)采用的控制方式相對(duì)比較先進(jìn)，大量電力電子裝置，將微電網(wǎng)內(nèi)各個(gè)單元模塊進(jìn)行科學(xué)的連接，通過(guò)有效的控制方式，為微電網(wǎng)內(nèi)提供充足的電力。此外，并網(wǎng)和獨(dú)立兩種微電網(wǎng)運(yùn)行方式，也充分保障了微電網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

3 茶山生態(tài)游引入微電網(wǎng)的必要性和可行性

茶山生態(tài)游，是最近幾年才開(kāi)始出現(xiàn)在旅游市場(chǎng)中的，由于起步較晚，茶山生態(tài)游的市場(chǎng)狀況并不樂(lè)觀。但毫無(wú)疑問(wèn)的是，隨著人們對(duì)旅游的要求提升，以休閑、康養(yǎng)為目的生態(tài)游市場(chǎng)前景是廣泛的。正因如此，很多產(chǎn)茶區(qū)也將目光投向了茶山生態(tài)游開(kāi)發(fā)。電力保障設(shè)施，是景區(qū)建設(shè)的基礎(chǔ)條件之一，因此，討論將微電網(wǎng)的建設(shè)并入到茶山生態(tài)游的建設(shè)當(dāng)中，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 茶山生態(tài)游引入微電網(wǎng)建設(shè)的必要性

我國(guó)的產(chǎn)茶區(qū)域，多在南方省份的丘陵地帶，地理?xiàng)l件相對(duì)惡劣，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電力基礎(chǔ)設(shè)施陳舊，很多供電線路已經(jīng)是在三十多年前建設(shè)的，顯然無(wú)法滿足大功率用電的需求。發(fā)展生態(tài)旅游，首先要解決的就是景區(qū)的用電問(wèn)題，缺乏了電力，不要說(shuō)將來(lái)的景區(qū)用電成為問(wèn)題，連景區(qū)的建設(shè)用電也很難有保障。如果申請(qǐng)新的線路和供電設(shè)施，首先是增大投資，增加景區(qū)建設(shè)成本，其次是繁瑣的申請(qǐng)手續(xù)，線路的選址、電力設(shè)施的施工，都會(huì)在工期上帶來(lái)太多的不確定性。此外，景區(qū)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的電能，這也會(huì)造成區(qū)域內(nèi)的用電負(fù)荷激增，發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的變化，也將會(huì)給區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。因此，建設(shè)環(huán)保、清潔、可持續(xù)利用的景區(qū)內(nèi)微電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)景區(qū)內(nèi)用電滿足或基本滿足需求，顯得十分必要。在人才和財(cái)力成本上，可能會(huì)比單純的景區(qū)建設(shè)有所提高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度上來(lái)看，微電網(wǎng)的建設(shè)必將是一項(xiàng)功在千秋的項(xiàng)目。

3.2 茶山生態(tài)游引入微電網(wǎng)建設(shè)的可行性

景區(qū)內(nèi)建設(shè)微電網(wǎng)項(xiàng)目，在我國(guó)已有先例，并為其他區(qū)域的微電網(wǎng)建設(shè)提供了難能可貴的可復(fù)制經(jīng)驗(yàn)。如2016年4月投入運(yùn)營(yíng)的山東電科院微電網(wǎng)項(xiàng)目，一年內(nèi)就實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)電21萬(wàn)度，是山東首個(gè)集風(fēng)、光、柴、長(zhǎng)島漁家樂(lè)儲(chǔ)于一體的新能源（示范）工程，也是集發(fā)電、科研、示范于一體的智能微電網(wǎng)工程，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控長(zhǎng)島微電網(wǎng)的安全運(yùn)行，在海島遭遇斷電時(shí)助力“孤島突圍”。

我國(guó)的產(chǎn)茶區(qū)完全可以仿照山東電科所的經(jīng)驗(yàn)，充分利用維度低，太陽(yáng)直射時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，大力利用景區(qū)屋頂、空余場(chǎng)所來(lái)安裝光伏發(fā)電設(shè)備、薄膜發(fā)電設(shè)備等等。此外，還可以在景區(qū)茶園內(nèi)，風(fēng)力充足的區(qū)域安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，漫山遍野的油油翠綠，夾雜著巨大白色的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，對(duì)景區(qū)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑也是一種景色上的提升。為鼓勵(lì)對(duì)綠色能源的開(kāi)發(fā)利用，減少大氣污染物排放量，各地政府也陸續(xù)出臺(tái)了一些新能源開(kāi)發(fā)利用的鼓勵(lì)政策，這對(duì)茶山生態(tài)游引入微電網(wǎng)建設(shè)也帶來(lái)了利好。此外，還可以與高校、科研單位積極合作，將茶山生態(tài)游引入微電網(wǎng)建設(shè)做為創(chuàng)新研究項(xiàng)目，以爭(zhēng)取到更多更大的技術(shù)支持或資金支持。

總而言之，茶山生態(tài)游引入微電網(wǎng)的建設(shè)是完全具備可行性的。其項(xiàng)目的建設(shè)，將為景區(qū)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)諸多的有利之處。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)國(guó)家層面來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)的建設(shè)，已經(jīng)上升為一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略來(lái)對(duì)待。因此，作為一項(xiàng)創(chuàng)新項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，茶山生態(tài)游引入微電網(wǎng)建設(shè)的意義和不言而喻。即能在景區(qū)運(yùn)營(yíng)時(shí)大量縮減運(yùn)行成本，提高景區(qū)效益，也能為環(huán)境建設(shè)承擔(dān)起企業(yè)應(yīng)負(fù)的責(zé)任來(lái)。本文只是從微電網(wǎng)的建設(shè)理論說(shuō)起，針對(duì)茶鄉(xiāng)生態(tài)游引入微電網(wǎng)建設(shè)的可行性做出了分析，設(shè)想了藍(lán)圖。茶鄉(xiāng)也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，具體問(wèn)題具體分析，來(lái)對(duì)引入微電網(wǎng)的建設(shè)做出更具體的分析和報(bào)告，對(duì)可行性做出更科學(xué)的判斷來(lái)，以保障項(xiàng)目的開(kāi)展更加科學(xué)和順暢。