2017年全球多地發(fā)生的前所未有的自然災害正在引起人們對電網(wǎng)彈性系統(tǒng)重要性的更多關注。
根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局最近的數(shù)據(jù)，僅在去年，在美國發(fā)生的自然災害就造成了306億美元的損失。雖然美國國和世界許多地區(qū)都受到影響，但像波多黎各這樣的島國尤其遭受重創(chuàng)，其基本和關鍵服務的電力供應在颶風過后幾個月后仍然沒有恢復正常。
因此，采用可再生能源和分布式能源（如柴油發(fā)電機組）的混合微電網(wǎng)是在這些極端天氣肆虐下的偏遠地區(qū)提供電力的一種最具成本效益和適應性的選擇。雖然傳統(tǒng)發(fā)電設備繁多，復雜且效率低，前期成本高，但采用先進的多端口電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以提供前所未有的靈活性和適應性，滿足島嶼和偏遠地區(qū)的獨特能源需求。最重要的是，當關鍵設施（如學校，醫(yī)院和市政大樓）的電力中斷并需要快速供電時，具有無縫多端口電源轉(zhuǎn)換功能的混合微電網(wǎng)可以在暴風雨或其他類型的災難導致的電源中斷后有效地向社區(qū)提供電力。
與傳統(tǒng)電源整合的挑戰(zhàn)
在穩(wěn)定性、效率和靈活性方面，電源系統(tǒng)集成商和項目開發(fā)商歷來都面臨著采用電源轉(zhuǎn)換技術缺乏動力的挑戰(zhàn)。數(shù)十年來，體積龐大且效率低下的組件一直是電源轉(zhuǎn)換技術的主流產(chǎn)品。一個傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換器可能重達700磅以上，并且室外安裝的兼容性有限，這種設備的體積和重量使得安裝成本非常高，而且工作量很大。
電力成本對島嶼和偏遠地區(qū)而言尤其是重要的障礙，因為通常的電力成本較高。加勒比群島的電力成本平均約為每千瓦時50美分（kWh），約為美國大陸地區(qū)的三至五倍。如果項目開發(fā)人員沒有考慮采用具有成本效益的解決方案，并且沒有根據(jù)島嶼需求進行調(diào)整，那么這將成為實施微電網(wǎng)項目最重要的障礙。
此外，繁瑣和復雜的設備也可能是一個主要障礙。傳統(tǒng)的太陽能+儲能微電網(wǎng)需要兩個獨立的電源轉(zhuǎn)換器，這使得硬件和軟件的管理和集成變得更加困難。連接多個資源可能需要采用大尺寸且難以放置的設備，這對具有空間限制的島嶼社區(qū)來說尤其具有挑戰(zhàn)性。需要多個電源轉(zhuǎn)換器的電網(wǎng)系統(tǒng)需要復雜和實時的嵌入式控制，這使得后續(xù)管理變得復雜化。此外，要確定集成商和項目經(jīng)理具備開發(fā)、部署、調(diào)試和管理這些控制系統(tǒng)的技術能力是很困難的。
對于任何包含儲能部署的系統(tǒng)，沒有適當?shù)牟僮骺刂葡到y(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換器可能會導致電池充放力能力的嚴重損耗。會對電池的應用帶來更大的壓力，不僅效率低下，而且還縮短了系統(tǒng)的使用壽命。儲能效率是至關重要的，因為太陽能是一種間歇性資源，并不能依靠太陽能發(fā)電作為彈性電源。
尋找合適的技術
新興的電源轉(zhuǎn)換技術允許采用直流電（DC）、交流電（AC）和混合微電網(wǎng)的太陽能加儲能系統(tǒng)，可將太陽能發(fā)電、柴油、儲能和其他分布式能源整合為單一混合動力微網(wǎng)項目。每個系統(tǒng)都有自己的優(yōu)勢，但混合多端口電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是提供離網(wǎng)備用電源的解決方案。雖然混合微電網(wǎng)具有不同的規(guī)模和大小，但它們有自己的定義特征。
混合微電網(wǎng)包括太陽能+電池儲能，再加上策略性控制的柴油發(fā)電機組，可以在電網(wǎng)連接可用時以“孤島”和/或并網(wǎng)模式運行。
多端口電源轉(zhuǎn)換允許通過單個電源處理階段集成多個電源輸入，以消除傳統(tǒng)單端口電源轉(zhuǎn)換器存在的冗余。緊湊型混合多端口電源轉(zhuǎn)換器可節(jié)省空間、減少重量，并大大簡化布線互連和安裝工作量。最有效的多端口電源轉(zhuǎn)換解決方案還包括嵌入式按鍵控制功能，進一步簡化管理。
Ideal Power公司及其整合合作伙伴于2017年6月在美屬維爾京群島圣克羅伊島部署了混合微電網(wǎng)系統(tǒng)。在這個微電網(wǎng)中，六個Stabiliti 30C3多端口電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并聯(lián)運行，將太陽能、電池儲能和柴油整合為一個容量為180kW混合動力微電網(wǎng)設施。與加勒比地區(qū)的許多商業(yè)基地類似，這個設施從未連接到中央電網(wǎng)，并且在太陽能加儲能微電網(wǎng)實施之前，這個全天候的設施主要依靠柴油發(fā)電機滿足其電力需求。柴油發(fā)電機提供電力在海島地區(qū)很常見，并且采用不穩(wěn)定和成本高昂的電網(wǎng)供電，但這些發(fā)電機可與太陽能+電池儲能系統(tǒng)配套使用，以創(chuàng)造更加經(jīng)濟實惠的綠色微電網(wǎng)解決方案。
在客戶電力需求最高的傍晚時段，這個微電網(wǎng)將為高峰負荷提供電能，也將面臨最大的能源消耗。太陽能發(fā)電在電力高峰時段不能依靠提供足夠的電力，因此需要從全天候的柴油驅(qū)動的微電網(wǎng)轉(zhuǎn)換到全天候的太陽能+存儲微電網(wǎng)。而根據(jù)研究，將太陽能+電池儲能系統(tǒng)與柴油發(fā)電機一起整合提供電力，每年將減少30%的柴油消耗，從而降低運營成本和污染。
采用適當?shù)亩喽丝陔娫崔D(zhuǎn)換系統(tǒng)通過將柴油發(fā)電機、太陽能和儲能整合成的一個緊湊的、模塊化解決方案可以實現(xiàn)這一點。
最后，六個電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供了強大的冗余能力，如果一個轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)生故障并脫機，其余五個系統(tǒng)將以無縫方式提供支持，從而使電力不間斷。
不幸的是，在圣克羅伊項目部署后不久，這個項目的地點就遭遇了瑪麗亞颶風的影響。大部分屋頂太陽能電池板遭受風暴的強風侵襲而損毀，但電池、控制設備、發(fā)電機和轉(zhuǎn)換器仍保持完好。技術團隊采用了可以抵御強風的產(chǎn)品恢復和重建了屋頂太陽能陣列。在此期間，其電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將通過將電池與發(fā)電機并聯(lián)來繼續(xù)提供電力。其最終目標是從深夜到清晨使用電池供電。此時將需要采用智能負載管理設備（如HVAC和照明控制），確保在空閑時段將供電量降到最低。在考慮依賴柴油發(fā)電機的未來項目場地時，可以通過增加電池容量可以實現(xiàn)節(jié)約60%的燃料甚至更多。
現(xiàn)有系統(tǒng)將在發(fā)生颶風后維修時可以減少排放和能源成本。一旦太陽能電池板被更換并集成到系統(tǒng)中，Saint Croix發(fā)電系統(tǒng)有可能實現(xiàn)更高的效率。通過滿足獨特的島嶼社區(qū)的需求，圣克羅伊項目已經(jīng)證明，混合微網(wǎng)多端口電源轉(zhuǎn)換功能對于應對毀滅性的風暴的微電網(wǎng)系統(tǒng)來說是一個有效的解決方案。
電網(wǎng)彈性的關鍵因素
多端口的電源轉(zhuǎn)換技術具有很強的靈活性和適應性，可以支持有效的混合微電網(wǎng)，這反過來可以提高島嶼和孤立的社區(qū)電網(wǎng)的彈性和成本效益。隨著氣候的變化，混合型微電網(wǎng)將在島嶼、農(nóng)村和未來能源使用中發(fā)揮越來越大的作用。
根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局最近的數(shù)據(jù)，僅在去年，在美國發(fā)生的自然災害就造成了306億美元的損失。雖然美國國和世界許多地區(qū)都受到影響，但像波多黎各這樣的島國尤其遭受重創(chuàng)，其基本和關鍵服務的電力供應在颶風過后幾個月后仍然沒有恢復正常。
因此，采用可再生能源和分布式能源（如柴油發(fā)電機組）的混合微電網(wǎng)是在這些極端天氣肆虐下的偏遠地區(qū)提供電力的一種最具成本效益和適應性的選擇。雖然傳統(tǒng)發(fā)電設備繁多，復雜且效率低，前期成本高，但采用先進的多端口電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以提供前所未有的靈活性和適應性，滿足島嶼和偏遠地區(qū)的獨特能源需求。最重要的是，當關鍵設施（如學校，醫(yī)院和市政大樓）的電力中斷并需要快速供電時，具有無縫多端口電源轉(zhuǎn)換功能的混合微電網(wǎng)可以在暴風雨或其他類型的災難導致的電源中斷后有效地向社區(qū)提供電力。
Ideal Power公司和JLM能源公司共同建設的太陽能+儲能項目
與傳統(tǒng)電源整合的挑戰(zhàn)
在穩(wěn)定性、效率和靈活性方面，電源系統(tǒng)集成商和項目開發(fā)商歷來都面臨著采用電源轉(zhuǎn)換技術缺乏動力的挑戰(zhàn)。數(shù)十年來，體積龐大且效率低下的組件一直是電源轉(zhuǎn)換技術的主流產(chǎn)品。一個傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換器可能重達700磅以上，并且室外安裝的兼容性有限，這種設備的體積和重量使得安裝成本非常高，而且工作量很大。
電力成本對島嶼和偏遠地區(qū)而言尤其是重要的障礙，因為通常的電力成本較高。加勒比群島的電力成本平均約為每千瓦時50美分（kWh），約為美國大陸地區(qū)的三至五倍。如果項目開發(fā)人員沒有考慮采用具有成本效益的解決方案，并且沒有根據(jù)島嶼需求進行調(diào)整，那么這將成為實施微電網(wǎng)項目最重要的障礙。
此外，繁瑣和復雜的設備也可能是一個主要障礙。傳統(tǒng)的太陽能+儲能微電網(wǎng)需要兩個獨立的電源轉(zhuǎn)換器，這使得硬件和軟件的管理和集成變得更加困難。連接多個資源可能需要采用大尺寸且難以放置的設備，這對具有空間限制的島嶼社區(qū)來說尤其具有挑戰(zhàn)性。需要多個電源轉(zhuǎn)換器的電網(wǎng)系統(tǒng)需要復雜和實時的嵌入式控制，這使得后續(xù)管理變得復雜化。此外，要確定集成商和項目經(jīng)理具備開發(fā)、部署、調(diào)試和管理這些控制系統(tǒng)的技術能力是很困難的。
對于任何包含儲能部署的系統(tǒng)，沒有適當?shù)牟僮骺刂葡到y(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換器可能會導致電池充放力能力的嚴重損耗。會對電池的應用帶來更大的壓力，不僅效率低下，而且還縮短了系統(tǒng)的使用壽命。儲能效率是至關重要的，因為太陽能是一種間歇性資源，并不能依靠太陽能發(fā)電作為彈性電源。
尋找合適的技術
新興的電源轉(zhuǎn)換技術允許采用直流電（DC）、交流電（AC）和混合微電網(wǎng)的太陽能加儲能系統(tǒng)，可將太陽能發(fā)電、柴油、儲能和其他分布式能源整合為單一混合動力微網(wǎng)項目。每個系統(tǒng)都有自己的優(yōu)勢，但混合多端口電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是提供離網(wǎng)備用電源的解決方案。雖然混合微電網(wǎng)具有不同的規(guī)模和大小，但它們有自己的定義特征。
混合微電網(wǎng)包括太陽能+電池儲能，再加上策略性控制的柴油發(fā)電機組，可以在電網(wǎng)連接可用時以“孤島”和/或并網(wǎng)模式運行。
多端口電源轉(zhuǎn)換允許通過單個電源處理階段集成多個電源輸入，以消除傳統(tǒng)單端口電源轉(zhuǎn)換器存在的冗余。緊湊型混合多端口電源轉(zhuǎn)換器可節(jié)省空間、減少重量，并大大簡化布線互連和安裝工作量。最有效的多端口電源轉(zhuǎn)換解決方案還包括嵌入式按鍵控制功能，進一步簡化管理。
Ideal Power公司及其整合合作伙伴于2017年6月在美屬維爾京群島圣克羅伊島部署了混合微電網(wǎng)系統(tǒng)。在這個微電網(wǎng)中，六個Stabiliti 30C3多端口電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并聯(lián)運行，將太陽能、電池儲能和柴油整合為一個容量為180kW混合動力微電網(wǎng)設施。與加勒比地區(qū)的許多商業(yè)基地類似，這個設施從未連接到中央電網(wǎng)，并且在太陽能加儲能微電網(wǎng)實施之前，這個全天候的設施主要依靠柴油發(fā)電機滿足其電力需求。柴油發(fā)電機提供電力在海島地區(qū)很常見，并且采用不穩(wěn)定和成本高昂的電網(wǎng)供電，但這些發(fā)電機可與太陽能+電池儲能系統(tǒng)配套使用，以創(chuàng)造更加經(jīng)濟實惠的綠色微電網(wǎng)解決方案。
在客戶電力需求最高的傍晚時段，這個微電網(wǎng)將為高峰負荷提供電能，也將面臨最大的能源消耗。太陽能發(fā)電在電力高峰時段不能依靠提供足夠的電力，因此需要從全天候的柴油驅(qū)動的微電網(wǎng)轉(zhuǎn)換到全天候的太陽能+存儲微電網(wǎng)。而根據(jù)研究，將太陽能+電池儲能系統(tǒng)與柴油發(fā)電機一起整合提供電力，每年將減少30%的柴油消耗，從而降低運營成本和污染。
采用適當?shù)亩喽丝陔娫崔D(zhuǎn)換系統(tǒng)通過將柴油發(fā)電機、太陽能和儲能整合成的一個緊湊的、模塊化解決方案可以實現(xiàn)這一點。
最后，六個電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供了強大的冗余能力，如果一個轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)生故障并脫機，其余五個系統(tǒng)將以無縫方式提供支持，從而使電力不間斷。
不幸的是，在圣克羅伊項目部署后不久，這個項目的地點就遭遇了瑪麗亞颶風的影響。大部分屋頂太陽能電池板遭受風暴的強風侵襲而損毀，但電池、控制設備、發(fā)電機和轉(zhuǎn)換器仍保持完好。技術團隊采用了可以抵御強風的產(chǎn)品恢復和重建了屋頂太陽能陣列。在此期間，其電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將通過將電池與發(fā)電機并聯(lián)來繼續(xù)提供電力。其最終目標是從深夜到清晨使用電池供電。此時將需要采用智能負載管理設備（如HVAC和照明控制），確保在空閑時段將供電量降到最低。在考慮依賴柴油發(fā)電機的未來項目場地時，可以通過增加電池容量可以實現(xiàn)節(jié)約60%的燃料甚至更多。
現(xiàn)有系統(tǒng)將在發(fā)生颶風后維修時可以減少排放和能源成本。一旦太陽能電池板被更換并集成到系統(tǒng)中，Saint Croix發(fā)電系統(tǒng)有可能實現(xiàn)更高的效率。通過滿足獨特的島嶼社區(qū)的需求，圣克羅伊項目已經(jīng)證明，混合微網(wǎng)多端口電源轉(zhuǎn)換功能對于應對毀滅性的風暴的微電網(wǎng)系統(tǒng)來說是一個有效的解決方案。
電網(wǎng)彈性的關鍵因素
多端口的電源轉(zhuǎn)換技術具有很強的靈活性和適應性，可以支持有效的混合微電網(wǎng)，這反過來可以提高島嶼和孤立的社區(qū)電網(wǎng)的彈性和成本效益。隨著氣候的變化，混合型微電網(wǎng)將在島嶼、農(nóng)村和未來能源使用中發(fā)揮越來越大的作用。
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