微电网 - 分散式能源采集和分配系统

作者:Steven Shackell

2019 年 10 月,北加州发生野火,导致加利福尼亚州洪堡地区的主电网停电多日,以防万一。不幸的是,有几位洪堡居民的生命依赖于用电的医疗设备。幸运的是,附近的 Blue Lake Rancheria 微电网向这些依赖电力的居民伸出援手,并实实在在地挽救了他们的生命。

微电网正在改变我们发电、配电和用电的方式。本文探讨了微电网的基本原理以及分散式能源采集和分配的优势。

什么是微电网?

微电网是一种小型的本地化能源系统,可以独立运行,也可以与主能源网联合运行。鉴于其定义的广泛性,微电网的规模可以相差很大,从单个住宅到拥有数以万计建筑物的整个城市不等。

微电网的显著特点是能够自主运行,并在发生自然灾害、电网故障或计划停电时迅速与主电网断开连接。微电网的恢复能力对于医院、应急服务、国防前哨、数据中心和制造工厂等关键设施来说非常宝贵。

此外,微电网还可以独立发电。在大多数情况下,微电网能源生产利用的是高效、环保的能源。这些能源共同在微电网服务区域内发电、储电和配电。例如,科罗拉多大学博尔德校区作为博尔德县的一个微电网运行,为数十座建筑、研究设施和宿舍提供服务,以提高校园的能源弹性并减少碳影响。

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能量收集在微电网中的作用

自工业革命以来,化石燃料一直是主要的发电手段。然而,煤炭和天然气发电设施体积庞大、成本高昂,而且依赖于集中式能源生产模式。

分散式能源采集是微电网系统的重要组成部分,涉及从周围环境中采集和存储可持续生产的能源。在微电网中,有几种常用的能量采集技术。

太阳能收集

太阳能电池板具有超强的可扩展性,系统范围从单板级微电网到兆瓦级太阳能发电场。太阳能收集与电池技术相结合,可直接在全球范围内实现智能电网和微电网。这种丰富的清洁能源可在白天发电,在夜间和没有阳光的日子里将能量储存在电池中,并在各种规模上提供完全独立的能源恢复能力。开关式电池充电器技术,如 TI 的 BQ255,可在太阳能直流电和电池供电之间实现无缝切换,几乎可以瞬间完成。

风能收集

风能收集技术通常用于城市规模的微电网,利用风力涡轮机捕捉风的动能。风能收集技术对风力模式稳定地区的微电网特别有用,通常用作间歇性补充能源。风力涡轮机的大小各不相同,最大的风力涡轮机可全年为 80,000 居民提供足够的电力

热能收集

与风力发电相比,热能收集系统受到更多地区的限制,因为它们只能存在于地热活动频繁的地区。不过,在地热活动活跃的地区,热能采集系统可以为微电网提供稳定可靠的电力。例如,冰岛 20% 以上的电力和几乎所有的热量都来自地热活动。冰岛首都雷克雅未克的微电网 95% 的供热和 25% 的电力都来自地热能采集。

微电网 – 未来的电力

微电网是向可持续、可靠的能源基础设施过渡的最前沿。随着可持续能源采集和储存技术的出现,集中式巨型发电厂的必要性已不复存在,而这种技术目前在世界各地的微电网、分散式能源系统中发挥着至关重要的作用。随着社会在气候变化和多样化能源环境的挑战中不断发展,微电网提供了一种前景广阔、可扩展和可持续的解决方案,同时不会对能源供应造成负面影响。


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