张宏伟

（中国电子工程设计院有限公司）

1 智能微电网的重要意义

智能微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。

智能微电网能够从较大的电网自主运行，是智慧城市物联网等各种应用的重要推动力，对智慧城市的发展至关重要。同时，智能微电网可将远离城市的清洁能源不断的输送到城市，为城市提供更多的绿色能源，使远距离的清洁能源利用成为现实，因此，解决城市能源问题，是智能微电网支撑智慧城市发展的关键动力。

2 吐鲁番智能微电网项目背景

2008年，以吐鲁番新区为试点，以可再生能源规模化利用为重点，创建国家新能源示范城市，启动了可持续城市发展模式的新探索。吐鲁番新区为新能源示范城市，是对城市低碳发展的整体思考，研究节约能源和利用可再生能源，实现发电中心和用电中心的结合。着重以太阳能光电、光热为主导，之后还要考虑预留与生物质能源的结合条件。以城市规划引领、以建筑设计展开。以创新体制、机制来实现。

吐鲁番新区在沙荒地带上以充分利用太阳能资源为主要目标，充分利用太阳能、地热能等多种可再生能源，坚持集成再创新的技术路线，将气象观测预报、规划、建筑、微电网管理、绿色交通等多专业高度整合，实现可持续发展。

3 吐鲁番智能微电网项目构成

吐鲁番微电网示范工程范围包括：13.4MWp屋顶光伏发电系统、电动车充电站、1MW·h储能系统、能量管理系统、光伏功率预测系统及其他辅助工程等。

3.1 光伏发电系统

以吐鲁番太阳能资源应用最优化为目标，以当地气象条件为背景，分析吐鲁番地区的太阳能资源，最终采用低层高密度的最佳建筑布局，南偏东3°的最佳建筑朝向，30°～35°的太阳能板最佳倾斜度，实现建筑与太阳能光电系统一体化设计（见图1）。

根据地方特点，起步区的建筑设计综合运用了绿色设计策略，包括天然采光、自然通风、高效围护结构、遮阳等，减少建筑运行过程中对能源的消耗。

图1 光伏发电系统

图2 充电站

起步区充分利用太阳能资源。太阳能热水由用户自主管理，太阳能发电统一管理，实行用户计量、回归使用的原则。

根据测算结果显示，按当地居民现行用电标准，考虑到使用量的增长，仍能保证太阳能发电量与楼内居民用电量的总体平衡，略有结余。

将发电中心建设在用电负荷中心，构建新区智能微电网，通过开闭站与大电网相连接。经调度实现本地用户优先使用屋顶光伏发电，将剩余电量反馈给大电网，在光伏发电不足时由大电网进行补充。

3.2 充电站

坚持“以人为本、公交优先、慢行主导、节能低碳”的原则，最终实现能源消耗—零碳排放的绿色交通运行系统；出行服务—集约、便捷、宜人的服务系统；交通运行—安全、畅通的道路运行系统。在此基础上，构筑深入社区的公共客运系统、交通截流停车系统及葡萄廊架下的慢行交通系统，建立绿色交通系统。

作为绿色交通的重要组成部分，新区设置了公交站和充电桩，电动公交车辆利用电池储能系统在运营间歇充电，发挥对新区微电网的调峰蓄能作用。

充电站位于新区起步区内，充电站中共有22个充电车位，充电桩由10kV电网供电，变压整流之后提供直流给电动公交充电，有不同充电电流分为快充和慢充可供选择，充电站主要功能给绿色公交系统提供24h充足电源，保证绿色公交正常运行，为当地居民提供便捷的公共交通（见图2）。充电站位置方便，提供便捷的交通。充电速度快，方便快捷，便于广泛应用。

3.3 储能系统

建设储能中心一座，用地控制为1000m2。储能系统设计容量为1MW·h，接入点为10kV，50Hz。储能系统的主要作用是改善电能质量，调整太阳能功率曲线，平滑上网。当缺失光伏发电与大电网供电时，能为区域内一级和二级负荷提供电源。并且储能可以调节微电网内的功率相对平衡。

3.4 能源管理系统

针对太阳能发电功率密度低、可调度性差、调峰能力差等特点，建立基于太阳能资源观测预报系统的智能微电网能源管理系统。满足智能微电网内用户对电能质量的要求，增强电网的安全性和稳定性。

为了保证电网安全，改善电能质量，调整太阳能功率曲线，平滑上网，新区设置了储能系统。当微电网形成孤岛时，该系统可提供应急电源。

3.5 功率预测系统

光伏发电功率预测系统是新区的亮点，基于数值天气预报模式，系统能够进行未来24h逐15min预报，反映吐鲁番区域的天气系统变化。该系统也是保证电网安全的一个重要手段。吐鲁番太阳能资源观测站是我国第一个专门为太阳能利用而建设的高等级气象站，远期将发展成为各种太阳能板发电效率的检测中心（见图3）。运行情况表明预报准确率在晴天达到87%，云天达到70%，为太阳能利用提供了天气预测保障。

图3 功率预测系统

4 成果与经验

吐鲁番新区于2009年3月被新疆自治区人民政府列为“自治区和谐生态城区和城乡一体化示范区”。2009年7月得到新疆自治区人民政府批准的《吐鲁番市新区总体规划》。2010年4月，获得“国家能源局关于新疆吐鲁番市新区创建国家新能源示范城市的复函”。2012年1月获得“国家发展改革委 国家能源局 国家电监会关于新疆吐鲁番新能源城市微电网示范项目的批复”，成为国内第一个智能微电网试点项目。

城市是解决社会可持续发展问题的矛盾焦点，又是提升国家可持续发展能力的行动重点和战略支点。在总结吐鲁番项目先进经验，并结合国内外其他城市的优秀经验，我们发现这些城市的成功背后有一些共性的特点值得我们去思考。

4.1 城市规划的先导作用

城市规划是一个城市发展的先导，优秀的城市规划可以科学引领城市发展，可以帮助城市实现科学定位，可以彰显城市的资源特色，可以促进人与自然和谐发展。

吐鲁番项目以凸显地域文化为主线，把科学定位作为转型城市规划的重要前提。以科学发展观为指导，把实现可持续发展作为转型城市规划的根本目标。以科学规划为先导，把统一规划、尊重规划作为转型城市规划的基本原则，快速提升城市核心竞争力。

4.2 建筑节能价值巨大

建筑节能是保护环境的基本国策。在建筑中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用效率，开展建筑节能，推广节能建筑在全国乃至世界已经形成不可逆转的趋势，对缓解国家能源紧缺状况有着重要的意义。

4.3 智能微电网应用前景光明

智能微电网概念的兴起主要是解决分布式电源并网带来的技术、市场和政策上的问题。为了最大限度地发挥分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势，很多国家都将智能微电网纳入未来城市建设发展的日程中。智能微电网可以最大化接纳分布式电源，提高供电可靠性，满足多用户电能质量需求，节能降耗、提高能效，是智能电网的主要组成部分，也必将是智慧城市建设的重要内容。