基于场景分析的智能微电网系统优化：整合分布式能源实现多瑙河三角洲地区能源系统脱碳

本文推荐研究人员针对多瑙河三角洲偏远地区能源供应不稳定、成本高昂的问题，开展了智能微电网系统技术经济分析的研究。通过构建包含光伏(PV)、电池储能系统(BESS)和应急发电机的微电网模型，结合Ignition、Grafana和MariaDB等软件工具进行数据监控和算法优化，研究证实BESS在削峰填谷、负载转移和可再生能源波动管理方面具有显著优势，为偏远地区实现能源可靠供应和成本优化提供了有效解决方案。

　　

在多瑙河三角洲这样的偏远地区，能源供应一直是个棘手难题。这里沼泽遍布、交通不便，传统电网难以覆盖，许多村庄只能依赖昂贵的柴油发电机或简单的太阳能+电池组合供电。电压不稳、频繁停电、高运营成本和高污染排放成为制约当地发展的瓶颈。随着全球能源转型的推进，如何利用当地丰富的可再生能源，构建稳定、经济、环保的供电系统，成为研究人员关注的重点。

针对这一挑战，研究团队在《Renewable Energy》发表了一项关于智能微电网系统场景分析的重要研究。他们以罗马尼亚多瑙河三角洲地区为案例，构建了一个包含光伏(PV)系统、电池储能系统(BESS)和应急发电机的微电网模型，旨在通过技术经济分析找到最优的能源管理策略。

研究团队采用了多学科交叉的技术方法：首先基于历史负荷数据和当地气象条件，构建了每小时能源需求模拟和光伏发电模拟模型；其次利用MariaDB数据库进行数据存储和管理，通过Ignition软件实现 supervisory control and data acquisition (SCADA，数据采集与监视控制系统)；最后采用Grafana平台进行实时数据可视化。关键技术包括BESS充放电行为建模（考虑90%的电池效率）、电网交互模拟（考虑进出口电价）以及可靠性约束的数学建模。

系统配置

研究区域的特点是110 kV电网不发达，部分连接国家电网，部分依赖当地可再生能源。图尔恰县最大峰值负荷为400 MW，该地区安装了多个容量在15-80 MW之间的风电场。许多村庄采用柴油发电机或太阳能+电池的混合系统供电。研究提出了在湖面上安装双面光伏板的创新方案，利用水的反射特性提高能源输出，同时水冷作用提高面板效率。

数学模型

研究建立了简化的数学模型来优化微电网系统，目标函数是最小化供电总成本，考虑光伏发电成本、BESS使用成本（包括充放电和退化成本）和发电机使用成本。约束条件包括能源平衡、BESS限制（SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max）、发电机限制和光伏生产限制。

为确保系统可靠性，研究人员增加了概率可靠性约束，要求满足能源需求的概率必须大于可靠性阈值α。还设置了最小储备容量约束、BESS可靠性约束和应急发电机可靠性约束，确保系统在意外情况下仍能稳定运行。

案例研究结果

研究人员模拟了多种运行场景，包括高需求期、低光伏发电期和孤岛运行期。参数设置包括：PV容量1 MW、BESS充放电容量250 kWh、BESS存储750 kWh、电池效率90%、每小时需求范围1100-2500 kW。

场景1（日常情况）显示，当日消费36 MWh，PV生产6 MWh，与传统无PV系统相比成本降低16%。场景2（PV离线）突显了PV+BESS植物对社区的影响。场景3（消费低于最大PV生产）允许微电网将多余能量存储在BESS中供后续使用。场景4（理想使用）展示了PV+BESS系统的最大效益，存储400 kWh能量并在需要时放电。场景5（峰值削峰）利用电池在价格最高时减少消费，在夜间低价时充电。最后场景（孤岛模式）表明PV+BESS系统虽不能完全满足需求，但可大大减轻发电机负担。

结果解读

削峰算法通过在高峰时段释放存储能量有效降低了需求，减少了电网供电负荷，避免了昂贵的高峰电价，减轻了当地电网压力。但由于750 kWh的存储容量限制，系统只能处理较短的高峰持续时间或较小的需求峰值。

经济收益明显，能源成本降低10-15%，尽管电池尺寸有限，仍显示了较小储能系统成本优化的可行性。通过依赖BESS during peak hours，微电网提高了能源自主性，减少了对外部电网能源的依赖。

研究结论与意义

尽管微电网在偏远地区维持能源连接方面提供了有价值的选择，但仍存在一些缺点，包括对分布式能源的依赖、高初始成本和技术复杂性。然而，随着技术进步，微电网的巨大潜力将得以实现。

能源存储、频率稳定、平衡生产和消费以及使用可再生能源是向有害排放最少的可持续能源系统过渡的关键因素。通过利用生产和消费的预测算法，可以提供系统服务，为运营商带来经济利益。微电网的大规模部署可以在减少对污染源或进口能源的需求方面发挥关键作用。

该研究的主要限制是电池存储容量有限，更大的BESS将实现更大的自主权和更全面的峰值削峰。未来研究方向包括：测试更大的电池系统、结合削峰与其他策略如负载转移或需求响应、使用实际需求数据进行实时测试，以及引入预测和机器学习工具来提高系统管理效率。

总之，微电网代表了能源系统未来的关键技术进步，其潜在 benefits远远超过当前限制。随着技术发展和成本降低，采用微电网的障碍将减少，微电网的优势——能源独立、弹性和可持续性——将得到充分实现。

作者贡献

Alexandru-Sorin Nistor负责撰写原稿、可视化、软件、方法论、调查、数据整理和概念化；Georgiana Balaban负责评审编辑、验证、方法论、形式分析和概念化；Virgil Dumbrava负责评审编辑、监督、资金获取、形式分析和概念化；Alexandra Catalina Lazaroiu负责评审编辑、资源、项目管理和概念化；Francisco Riganti Fulginei负责验证、资源和方法论。