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摘要：当前国内能源消费仍以高碳化石能源为主，电力行业是我国碳排放的主体，能源供给侧减排是构建清洁能源体系的根本。微电网作为智能电网的重要一环，连接着电网与用户侧分布式能源和用能负荷，为清洁能源的生产消纳提供了平台。本文对微电网系统的分布式电源的功率特性进行分析，构建出力特性数学模型；研究了微电网在电力减排中的作用机制和原理，通过对微电网在各减排途径下的二氧化碳减排量进行测算，得到典型并网型微电网的二氧化碳减排量。最后通过算例验证了计算方法的有效性。本文的研究对评估微电网系统的碳减排效果具有一定的指导意义。

关键词：微电网；碳减排；分布式发电；智能电网

0引言

在过去数十年间，全球经济快速发展，能源消耗总量不断攀升，气候环境问题日益凸显，其中人类活动产生的碳排放引起地球显著的温室效应[1]。以光伏、风电等为代表的清洁能源的开发与利用日益受到全社会的关注，分布式发电（GD）技术的兴起和不断发展为电力行业的清洁化提供了可行方案[2]。

微网系统可整合不同类型的分布式电源、储能与用户负荷资源等，是清洁能源的重要载体[3]。作为智能电网的重要组成部分，智能微网系统依托先进通信技术、控制技术等，对内部分布式能源、用户负荷进行感知、监测、分析和控制，通过对资源的合理规划配置和运行状态调整，满足内部用户的能源需求，并可参与电力市场交易[4]。

目前，国内外已有较多关于微网运行控制、能量调度等方面的研究。文献[5]介绍了智能微网的运行特点和从低碳经济目标出发的智能微电网保护控制方法；文献[6]在传统电源规划工作的基础上，提出了考虑清洁能源发展机制，融合碳排放权交易、碳排放目标约束等，构建微电网系统电源规划模型；文献[7]根据分布式电源的特点，从微网建设、运行、维护、碳排放治理等方面成本的角度，构建微网低碳调度模型，获得低碳运行效益。文献[8]提出构建微网碳排放成本模型，包含设备运行成本、弃风弃光成本、削减负荷成本、购电成本等和多种约束条件，提升微网系统运行的经济性。上述文献大多以微网运行的经济性为目标，或是提出微网调度运行策略和控制方法，针对微网系统减排原理和碳排放量测算的研究比较少。

本文综合考虑在微电网与大电网运行过程中进行能量互动的情境下，微电网系统在利用清洁能源替代传统火电机组、提高电网运行灵活性等方面的减排作用，构建微网减排量测算模型，并通过算例分析验证模型的合理性。

1微电网系统资源模型

分布式发电单元的发电功率、发电量会随风速、光照等环境因素变量发生变化，想要计算微网系统的碳排放量，首先要对其发电单元的发电特性进行详细分析，以计算各种环境下的发电量情况。

本文以并网型微网系统为例进行分析，微网系统包含分布式光伏发电（PV）、风力发电（WT）、储能系统（BS）和用户负荷（Load）等，分布式电源汇入直流母线，储能系统通过DC/DC变换器汇入直流母线[9]。直流母线经过AC/DC变换后流入交流微网。交流微网系统与大电网间通过公共连接点相连[10]。系统结构如图所示：

1.1风力发电模型

风力发电（WT）将空气动能部分转化成机械能，通过叶片带动发电机进行发电，风速是风机出力的重要影响因素[11]，风机发电功率与风速的简化关系图如下所示：

风机输出功率与风速关系可用如下函数表示：

式中，为风机的切入风速；为风机的额定风速；为风机的切出风速；为风电场额定装机容量。

1.1光伏发电模型

光伏发电（PV）利用太阳光照射在光伏板上，由于光生伏特效应使不均匀半导体的不同部位或与金属结合的不同部位产生电势差，从而把太阳光能转化为电能。光伏发电系统主要由光伏板、逆变器等组件构成[12]。光伏板发电的等效电路如图所示：

光伏发电的输出功率受光照强度、环境温度等因素影响，光伏发电的输出功率可用如下函数表示：

式中，为标准测试条件下辐照强度，一般为1kW/m2；为实际辐照强度（W/m2）；为功率温度系数；为光伏电池运行温度；为标准测试条件下参考温度，通常为25℃；为标准测试条件下最大输出功率（kW）。

1.3储能功率模型

储能电池包括铅酸蓄电池、锂离子电池、液流电池等，是电化学储能技术的应用形式。储能系统对电网有较好的削峰填谷作用，当电网的负荷处于低谷时，储能充电来消耗电能，当电网的负荷需求较高时，储能通过放电向电网输送电能，满足负荷的用电需求。储能系统在保障电网稳定运行、提高电网运行的灵活性等方面发挥较大作用，同时在微网系统内部协调不同电源出力，弥补光伏、风电等电源的随机性和波动性[13]。

基于储能电池自身特性，考虑到设备的运行寿命等因素，需在电池运行过程中保证电量在合理的范围区间；另外，较大的充放电电流、过充、过放等情况都会对电池造成较大损耗，因此需设置蓄电池工作的约束条件。约束条件和电池功率表达式如下：

2微电网系统碳减排

2.1微电网系统减排原理

分布式发电充分利用可再生资源，再产出电能的同时几乎不发生碳排放，相对于传统发电形式具有良好的碳减排能力和可持续发展潜力；分布式电源在地理位置上更趋近于用电负荷，减少电能的传输，提高了供电可靠性，在海岛等偏远地区满足人们用电需求[14].

微网的减排原理主要体现在以下几个方面：一是充分利用清洁能源，通过优化系统运行策略，加强多能互补，提高新能源的就地消纳；二是通过提高新能源和可再生能源的供电能力，减少传统化石燃料发电设备的电力供应量，从而减少污染物的排放，降低电力系统的整体排放水平；三是缩短了电力的传输距离，减少了电力在传输过程中的电量损耗，避免了此部分电量对应的碳排放，同时降低了配电环节的排放水平[15][16]。四是通过并网运行与大电网进行能量互动，利用电网电能弥补自身分布式能源的间歇性，同时还可以利用自身的能源配置优势对电网负荷进行削峰填谷，提高电网运行效率，实现电能的节约，降低碳排放[17]。

2.2微电网系统减排测算模型

2.2.1提高供电效率节能测算

微网系统通过通过并网点与电网进行能量互动，削峰填谷，减少传统火电电力供应的同时提高电网供电效率，从而达到降低碳排放的目的 [18]。

在用电高峰时段会投入峰荷机组来调节负荷尖峰，峰荷机组为正常运行以外的机组，通常由燃气轮机和抽水蓄能机组担任，因此用电高峰时段和非高峰时段的供电效率有所不同。非高峰时段供电效率设定为，高峰时段设定为，一般>。假设高峰时段分布式电源发电量为，储能系统在非高峰时段充电电量为，则由微网系统的优化调节作用提高了供电效率，从而直接减少的电网发电量为：

2.2.2降低电网损耗节能测算

微网系统的分布式电源部署在负荷附近，减少了电能的传输距离。电能流经输配电网到达负荷过程中会产生损耗，支路上的损耗大小与该支路的电流和电阻有关。在负荷侧附近部署分布式电源可减小系统支路上的电流，从而减小了支路损耗。

2.2.3碳减排量测算

微网系统的碳减排贡献可分为以下几个方面：一是用电高峰时段分布式清洁能源的电能供应（假设清洁能源供电产生碳排放量为0）、微网系统辅助电网削峰填谷减少的发电量、微网部署降低的网损电量。

根据我国发电行业供电标准煤耗数据，将碳减排对应的电量数据转化为标准煤量，再折算成二氧化碳的质量。假设我国发电行业供电标准煤耗为g/kWh，单位质量标准煤对应的二氧化碳排放量为kgCO2/kg，则微网系统碳减排总量为：

3算例分析

以某地区的供电系统为例，对微网减排效果进行测算。本地区配置一台300MW火电调峰机组，发电效率36%，厂用电率6%，发电煤耗330g/kWh，配置一台600MW机组负责提供基荷与腰荷供电，发电效率40%，厂用电率5%，发电煤耗310g/kWh。

测算时段内，假设微网系统中光伏、风电等清洁能源在用电高峰时段供电量为1100000kWh，储能系统在用电高峰时段供应电量500000kWh，在微网系统部署后，减少供电网损电量约为200kWh，则总的碳减排对应电量为：

假定我国发电行业供电标准煤耗为305g/kWh，每千克标准煤对应的二氧化碳排放量为2.492kg，对应的碳排放减少量为：

即为通过部署微电网，利用优化调控手段进行削峰填谷提高系统供电效率，提升清洁能源电力消纳量，降低配电网络损耗等途径直接减少的二氧化碳排放量。

4结语

本文主要研究了微网系统通过促进分布式清洁能源发电、利用先进控制技术提高电网供电效率、降低电能损耗等几个方面，实现节电减排的效果。建立分布式电源和储能系统的出力模型，构建各形式的节能减排测算模型，对微网在二氧化碳减排中的贡献进行量化评估。

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