智能微电网在建筑电气系统中的应用探索

摘要：随着我国经济的迅猛发展和工业化、城镇化进程的加快，电力等能源的需求总量不断增加，对能源质量的要求也越来越高。更加节能环保的智能微电网技术应运而生，在建筑电气系统中的合理应用成为现阶段研究的重要课题。本文阐述了智能微电网的概念和发展前景，分析了其在建筑电气系统中的应用优势、应用难点以及具体应用情况，以期为建筑电气系统的优化提供参考。

关键词：智能微电网；建筑电气系统；应用优势；应用难点

1. 引言

随着经济的迅猛发展，我国工业化和城镇化的进程不断加快，人民的生活质量有了很大提升。一方面，我们享受着现代化带来的便捷生活方式；另一方面，我们也面临着能源的巨大消耗和资源日益匮乏的挑战。合理利用石油、天然气、煤矿等不可再生能源，提高能源的利用率，积极研发新型能源是现阶段的重要课题。智能微电网技术应运而生，其在建筑电气系统中的合理利用可以有效地节能环保，为我国经济的健康和可持续发展做出贡献。

2. 智能微电网在建筑电气系统中的应用

2.1 智能微电网的应用优势

2.1.1提高供电稳定性

通过智能控制微电网，可以即时检测负荷的变化，因此，在遇到重大自然灾害或是其他突发状况时，可以迅速反应，保障顺利供电，提高了供电系统应对突发状况的能力。同时，智能微电网依托先进的电子、电力技术支撑，可以有效控制对流器，有效辅助当地的电力系统。

2.1.2提高能源利用率

分布式电源靠近用户，极大地改变了传统供电系统运输过程中的电力损耗，降低成本，提高效益。同时，智能微电网用直流传输，降低损耗，还可回收废热，提高能源利用率。

2.1.3满足用户不同需求

智能微电网可以独立运行，也可与大电网并网运行，可以智能检测用户对于电力的不同需求，做出相应调整，也能依据季节性和地域性对于电力需求的差异，做出相应调节，增强了它的使用效能。

2.1.4减少环境污染

智能微电网的分布式电源，多为可再生的清洁能源，如地热能、风能、生物质能、太阳能等。对于这些清洁能源的开发利用，一方面可以减少对于不可再生能源的开采，也降低了污染物的排放，保护环境。

2.2 智能微电网在建筑电气中的应用分析

现阶段，各国由于供电系统和能源目标的不同，智能微电网在建筑电气中的应用情况也有很大差异。在日本，微电网研究的主要目标是能最大限度地满足用户的不同用电需求，有效减少污染，研究多样化的供电能源。在美国，微电网的主要研究方向是提高系统的稳定性和可靠性，加强对电网的智能管理以满足用户的不同能源需求，同时降低运营成本。在欧洲，微电网的主要目标是提高系统的稳定性、提高电网的灵活性，实现经济效益的最大化。

在我国，提高电网应对灾害等突发事件的能力，研发新能源，提升对于电网的智能调控，是我国微电网的主要研究目标。城市人口比较集中，用电需求量大，仍可采用大电网作为主要的供电方式，而将智能微电网作为突发状况下的有效补充。而农村人口密度小，大电网成本高，不建议一味地扩展大电网，特别是在特别偏远的地区，鼓励开发运用可再生新能源，降低运营成本。

2.2.1大电网与智能微电网的有效结合

智能微电网在引入时，是建立独立的全新供电设备还是在现有的基础上加以改造存在很大争议。在我国，普遍采用在现有供电设备上进行改造，有利于降低成本，仅少数地区采用独立建造供电设备的运营方式。

2.2.2智能微电网的协调控制

智能微电网通过协调控制底层原件保证供电的顺利进行。工作中，在保证供电稳定的前提下，要尽量保证经济效益。此外，若电网发生故障，协调控制微电网自动调节是与大电网继续并网运行，还是单独运行，是提高微电网智能的关键技术。

2.2.3提高微电网智能检测技术

智能检测是微电网的核心技术，能有效保证电网的灵活性。有效检测一旦发生故障，快速做出反应，从而降低风险，提高效益。因此，智能检测技术能保证电力系统稳定运行，提高应对突发状况的能力。

2.2.4科学安装智能微电网分布式电源位置

在选择分布式电源位置时，既要保证其能稳定供电，有较高的供电质量，又要尽量降低电损。因此，科学合理地选择分布式电源位置，是智能微电网在应用中提高效能的关键。

3. 智能微电网在建筑电气系统中的具体应用实例

以北京某办公楼为例，具体阐述智能微电网在近零能耗公共建筑中的应用。该项目建筑面积为5208.3平方米，其中地下建筑面积2571平方米，地上建筑面积2637.3平方米，总占地面积1990.4平方米。地上三层，地下两层，建筑高度为14.05米。原有方案为全幕墙建筑方案，且未采用热回收、无热桥、气密、可再生能源发电等技术，无法达到近零耗要求，建筑综合节能率仅为16.91%。

为实现近零耗建筑，全面进行了重新设计，但设计过程中发现，即便采用诸多被动式技术，仍无法满足近零能耗要求，项目至少需建设150kW可再生能源发电系统，方可满足建筑综合节能率≥60%的要求。由于项目不具备建设风力发电的条件，智能微电网系统的整体方案全部围绕150kW光伏的建设及消纳展开。

根据项目情况，本办公楼屋顶条件较差，无法设置光伏组件，仅可在建筑南侧立面装设4.68kWp光伏。为解决光伏装机不足的问题，选择办公楼西侧停车棚顶建设54.45kWp光伏、北侧厂房屋顶建设100.80kWp光伏，光伏系统装机共计159.93kWp。其中办公楼南侧立面光伏采用65WpBIPV薄膜光伏组件，共计安装72块，作为外立面幕墙装设与建筑结合为一体，同时对其安装做法进行优化，避免对建筑保温、气密性产生影响；停车棚顶采用450Wp单晶硅光伏组件，15°固定倾角安装，共计安装121块；厂房屋顶采用450Wp单晶硅光伏组件，在彩钢板屋面平铺安装，共计安装224块。

光伏系统装机规模较大，对办公楼用、发电负荷平衡进行分析，对比夏季、冬季和过渡季工作日、休息日的光伏发电功率与用电负荷需求功率。冬季工作日内，大部分时段用电负荷需求量大于光伏发电量，需要市电给予供电支持；夏季、过渡季工作日内，部分时段光伏发电量明显超出负荷需求量，需要配置储能系统；冬季、夏季和过渡季的休息日，光伏发电量大于建筑的用电负荷需求。工作日夏季、冬季、过度季的日间未利用光伏发电量分别为174kWh、40kWh、182kWh。

为充分利用光伏发电、满足用电需求，配置磷酸铁锂电池储能系统给予移峰用电，考虑到储能系统损耗、衰减等原因，储能电池总容量配置为240kWh，可覆盖全年各典型日光伏超发的电量。日间光伏发电功率与负荷用电功率差最大为85kW，考虑光伏电力的充分存储以及放电是满足功率需求，因此储能系统配置PCS功率为100kW。

5. 结论

智能微电网作为建筑电气系统中的重要组成部分，具有提高供电稳定性、提高能源利用率、满足用户不同需求和减少环境污染等优势。然而，在实际应用中仍面临一些难点和挑战，需要进一步完善技术标准与规范、加强运行管理、降低投资成本和争取政策支持。

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