《Building Resilience into Independent Microgrids to Provide Reliable Electricity to Underserved Communities》

回顾2017 年飓风玛丽亚袭击波多黎各（注：位于加勒比海的大安的列斯群岛东部，属于美国的自治区）时，大风吹倒了树木并摧毁了房屋，而大雨将街道变成了河流。但风暴过去后，由于居民数月没有电，造成的人员伤亡人数继续增加。五年后，停电仍然长期且频繁。

(相关资料图)

为了向这些服务不足的社区提供更实惠、可靠和可持续的电力，科学家们正在与当地组织、非营利组织和大学合作，为由可再生能源供电的独立微电网建立弹性。ORNL（注：橡树岭国家实验室Oak Ridge National Laboratory，是美国能源部所属的一个大型国家实验室，成立于1943年）正在开发一种技术，将小型微电网组作为一个集群进行管理，即使在损坏时也能提高其可靠性。

微电网是小型网络，通常由附近的可再生能源（如风能和太阳能）提供自己的能源。如果添加电池存储，当更广泛的公用事业网络出现故障时，微电网可以被隔离并以“孤岛模式”独立运行。

ORNL 工程师 Ben Ollis 和 Max Ferrari 正在带领一个团队开发一个微电网协调器，以部署在波多黎各的 Adjuntas 镇。通过当地非营利组织 Casa Pueblo 和 Honnold 基金会之间的合作，已经在那里安装了一个社区微电网项目。

Honnold 项目协调员表示，为太阳能项目提供资金以减少全球能源贫困的 Honnold 正在投资 170 万美元创建两个具有太阳能和电池存储功能的微电网。太阳能电池板是去年安装的，并将与今年增加的剩余基础设施相连。

这就是 ORNL 介入的地方：创建一种新颖的协调器工具来管理微电网集群，以便它们直接支持和相互通信，从而在长时间停电期间使其更具弹性。例如，如果一个微电网失去了部分太阳能发电，相邻的微电网可以向其邻居输出电力，从而最大限度地减少损坏的影响。

ORNL 工程师表示“我不知道任何可以与另一个控制器通信和协调的微电网控制器，我们正在为多微电网控制设计一种架构，因此任何数量的微电网都可以独立运行，但可以将信息共享给一个协调器，该协调器将预测何时应该发生切换、路由和连接。”

工程师表示，最初的模拟表明微电网可以让彼此至少运行一周。但在理想条件下，它们可能会无限期地继续运行。

这不仅仅是方便的问题。“飓风过后很多人死亡，其中许多死亡与电力故障有关，”促进地区周围可持续发展的 Casa Pueblo 执行董事 Arturo Massol-Deyá 说。这个长期的社区组织于 1999 年在其大楼安装了太阳能电池板。在飓风玛丽亚之后，Casa Pueblo 能够与依靠呼吸器等家庭医疗设备的居民分享其产生的电力。

“我们注意到有多少人患有糖尿病前期，或患有高血压，或暴露于不健康的生活条件和食物——可预防的条件，”Massol-Deyá 说。“能源安全被中断关乎生活质量，对社区产生长期影响。”因此，基层对太阳能的支持稳步建立。

社区范围的好处

Adjuntas 微电网包括在 13 家企业屋顶上安装的太阳能装置，这些企业的所有者同意在重大停电期间为居民提供药品、制冷和手机充电等关键服务。作为回报，这些企业可以节省电费，并避免在自然灾害期间使用昂贵的柴油发电机。

“部署这种控制器系统的 ORNL 将成为社区真正强大的工具，如此多的企业和业主通过微电网连接起来是不寻常的，基础设施将支持增加更多。“负责人表示。

在最近一次前往 Adjuntas 的旅行中，ORNL 研究人员会见了当地企业主，以更好地了解他们的用电模式。例如，当工程师参观面包店时，他了解到冰箱必须运行什么时间才能使面团正常发酵。试图确定最关键的电力负载，以便他们可以设计一个系统，将稀缺电力集中在最需要的地方。

波多黎各马亚圭斯大学 (UPRM) 教授的马索尔-德亚：“希望它不仅有助于管理微电网，还有助于保护储能单元等关键部件。”

部署这种控制器系统的收入刺激ORNL 将成为社区拥有的微电网所使用的一个非常强大的工具，将为他们的维护和扩展提供资金，以及为最弱势的 Adjuntas 居民安装独立的太阳能系统，他说。

趋势加速应用落地

Fabio Andrade 是 UPRM 工程教授和 ORNL 的访问科学家，正在合作开展 Adjuntas 项目。他的学生模拟了在微电网用户之间共享太阳能的策略、工具和算法。UPRM 的教授也在指导学生分析太阳能设备并预测它将产生多少能量。按照目前的电价，这些企业通过从微电网购买太阳能每年可以节省多达 78,000 美元。

Ferrari 正在将 UPRM 同事的信息整合到他的模拟中，这些模拟正在 ORNL 的 DOE 网格研究集成和部署中心 (GRID-C) 使用实际微电网硬件进行现场测试。下一步是在该设施全新的微电网联网测试平台上运行配置。再过一年，编排器将部署在 Adjuntas 中。

虽然源自 ORNL 的技术可以成为波多黎各的真正救星，但它也具有更广泛的潜力，可以使微电网在未来的全球电网中发挥关键作用。包含可再生能源的智能微电网有望提高电网的灵活性和弹性，同时支持重要的脱碳工作。

“编排器包括一个算法框架，可以扩展和部署到任何站点的许多微电网，”工程师说。“它们可以为电网边缘的许多农村社区提供更可靠的电力。我希望看到未来我们有数百个微电网共同保护地方、区域和国家层面的关键基础设施。”

资料来源：https://energy.gov/science