- 頭條建設微電網，應立足長遠，以全壽命周期內的收益最大為目標2021-05-20 作者：董宸 夏彥輝 孫丹 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語南京國電南自電網自動化有限公司的研究人員董宸、夏彥輝、孫丹，在2020年第3期《電氣技術》雜志上撰文，基于全壽命周期理論，提出了微電網項目全壽命周期框架下的優化配置模型。與傳統的優化配置方法相比，該方法得到的優化配置方案，能夠實現微電網在全壽命周期內的凈收益最優，確保投資的最佳經濟性，為微電網工程規劃和建設提供指導，促進其市場化、產業化發展。
在能源枯竭與節能環保問題日趨嚴重的今天，分布式發電相關技術正得到越來越廣泛的應用。微電網可以有效提高分布式電源的利用效率，是分布式發電的重要發展趨勢，也是滿足用戶用電個性化需求和提高供電可靠性的關鍵。
隨著可再生能源成本下降、儲能產業發展、化石能源價格上漲和微電網關鍵技術的成熟，我國的微電網市場將得到爆發式增長。而隨著微電網市場規模的增長，我國的微電網發展也將逐步從國家主導的大投資、大規模的示范工程建設走向社會資本主導的小投資、小規模的、更合理的市場化經營模式。而一旦進入市場化經營模式，如何使得微電網項目獲得最大的經濟、社會綜合效益，將成為微電網投資運營商最為關心的問題。
從我國現有微電網的規劃設計情況來看，對于微電網的優化配置問題，已初步形成基本原理、方法及步驟，但也存在一些問題，例如：未能將初始投資費用與后期的運營維護費用統籌考慮，配置方案優選目標的選取未能與微電網運營市場的實際利益相契合等問題。導致我國現在已建成的很多微電網工程，有些一直在虧本運行，有些則僅運行了很短的時間即停運，不僅造成了資源、技術的大量浪費，也阻礙了微電網向市場化經營模式的轉變。
- 有學者將平準化電力成本引入微電網的電源優化配置，建立了以平準化電力成本最小為目標的獨立微電網電源優化配置模型，并采用遺傳算法進行求解。
- 有學者將改進的細菌覓食算法應用到解決含有風光儲混合的全年孤島運行微網的電源容量優化配置問題，建立了計及設備投資成本、運行維護成本、燃料成本及環保折算成本的優化配置模型。
- 有學者建立了基于分時電價和需求響應的家庭型用戶側微電網優化運行模型，以用戶的購電費用和舒適度為優化目標，并采用粒子群優化算法進行求解。
- 有學者從成本效益分析角度，提出了基于凈效益最大化的微電網電源優化配置模型，采用遺傳算法進行求解。
- 有學者以減少饋線網損和提高電壓水平為優化目標，提出了一種新的分布式電源優化配置方法——改進的免疫克隆選擇算法。
- 有學者將全生命周期管理的概念應用到微電網設備的管理中，開展了微電網設備管理方法的研究。
- 有學者針對采用階梯電價和峰谷電價2種機制，提出家庭型微電網全壽命周期的經濟性分析方法。并以廣州地區一個家庭型微電網系統為例來分析全壽命周期下的經濟性。
關于微電網的優化配置，目標函數的選擇有平準化電力成本、初始投資成本，有功網損，凈效益，環境效益，用戶購電費用和舒適度等。求解算法有細菌覓食算法、粒子群算法、遺傳算法以及免疫克隆算法等。
國內外學者對于微電網中分布式電源的配置已經做了很多的研究，也有不少學者將全壽命周期的概念應用到了微電網領域，但目前尚未有學者從全壽命周期成本的角度綜合研究微電網的優化配置問題。
南京國電南自電網自動化有限公司的研究人員將基于全壽命周期成本（life cost cycle, LCC）理論對微電網的優化配置進行討論，提出全壽命周期框架下的微電網優化配置方法，以彌補當前微電網優化配置方面的不足，為優化微電網工程建設提供參考，促進微電網市場化、產業化發展。
圖1 微電網項目LCC構成
研究人員以如圖2所示的某并網型微電網系統為例進行分析計算。該微電網中共有4種分布式電源可選，分別為光伏（photovoltaic arrays, PV）、風電（wind turbines, WT）、微型燃氣輪機（mind turbines, MT）和儲能（energy storage elements, ES），計算參數見表1，其中微型燃氣輪機工作于冷熱電三聯供模式。微電網內最大負荷為52kW，平均負荷為31.6kW，與主網交換功率不超過10kW。
研究人員綜合考慮微電網初始投資、運行維護及故障、折舊成本，以及供能、節能環保收益，建立了微電網全壽命周期內的凈現值收入計算模型。以全壽命周期內的凈現值收入為目標函數，計及分布式電源出力、儲能充放電、運行電壓和頻率、供電可靠性、與主網交換功率等約束條件，建立優化配置模型，并采用粒子群算法進行求解。
圖2 微電網結構示意圖
表1 分布式電源計算參數列表
表2、表3分別給出了全壽命周期內微電網凈現值收入最大目標、微電網初始投資成本最小目標下，采用粒子群算法求解得到的優化配置方案。
表2
表3
分析表2、表3可知：
1）兩種配置方案的全壽命周期凈現值收入都為正，說明雖然微電網的初始投資成本較高，但通過對其進行優化配置，是可以為運營商創造利潤的。
2）以初始投資最小為目標獲得的優化方案，配置儲能容量較多，這是由于儲能供電可靠性較高，而裝機成本與光伏和風電相差不大，可以在不增加太多初始投資的基礎上滿足微電網系統的供電可靠性約束。但是由于儲能的運行維護成本較高，使得該配置方案在全壽命周期內獲得的經濟效益并不高。
微型燃氣輪機的初始投資成本雖然較高，且需要支付燃料成本和碳排放成本，但由于其可工作于冷熱電三聯供模式下，供能效率高，獲得的綜合經濟效益比儲能更好，因此基于全壽命周期理論的優化配置方案，微型燃氣輪機的配置容量較多。
因此，對微電網項目的規劃和建設，應從長遠角度出發，以追求全壽命周期內整體收益最大為目標進行投資決策，而不能只考慮初始投資成本。
以上研究成果發表在2020年第3期《電氣技術》雜志，論文標題為“基于全壽命周期理論的微電網優化配置”，作者為董宸、夏彥輝、孫丹。
