北麂島，全稱北麂列島——位于溫州瑞安市東南方向東海沿海海面上，距瑞安市區(qū)37海里處，主要由大明甫島、小明甫島、北麂島、下岙島、關(guān)老爺島等16個島嶼組成。

　　

　　北麂島

　　北麂島遠離人煙，低調(diào)又神秘，完好保存了這里原始的自然美景和原生態(tài)，這里樸素的民風和小島的美麗仿佛是世外桃源。

　　北麂主島面積約1.9平方公里，由四個行政村構(gòu)成，分別為海利村、勝利村、東聯(lián)村、立公村，目前常住人口約3500人。

　　從瑞安南門港到北麂島的船票價格是130元(當?shù)鼐用衿眱r為70元)，坐船上島是目前居民出行的最主要方式，記者從瑞安市上船到登島靠岸，全程花費時間2小時20分鐘左右。據(jù)當?shù)鼐用窠榻B，如遇到臺風季節(jié)或大霧天氣，船是不能出港的。

　　海島供電：用電難、用電貴

　　目前解決海島供電的方式主要通過架設(shè)海底電纜，或依靠柴油發(fā)電機、燃氣輪機等常規(guī)化石燃料機組供電。但鋪設(shè)海底電纜的費用昂貴，且受到海底電纜走廊的限制;利用常規(guī)燃料機組供電燃料運輸困難且會給脆弱的海島生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的污染問題。

　　2010年頒布的《中華人民共和國海島保護法》指出“有居民海島的開發(fā)、建設(shè)應(yīng)當優(yōu)先采用風能、海洋能、太陽能等可再生能源和雨水集蓄、海水淡化、污水再生利用等技術(shù)”，對于遠離大陸的海島微電網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)以最大化利用當?shù)乜稍偕Y源和減少常規(guī)機組為指導思路(參考文獻[1])。

　　長期以來，北麂島未能實現(xiàn)與大陸電網(wǎng)相連，島上供電長期依賴柴油發(fā)電，供能有限、供電不穩(wěn)定等問題成為居民生活和島上旅游和漁業(yè)養(yǎng)殖經(jīng)濟發(fā)展的掣肘。

　　漁民出海捕獲回來的海鮮需要24小時加注氧氣，對于電的依賴性很高，以前到了夏天用電高峰時，一天會停10多次電，非常不穩(wěn)定。如果供電沒有及時跟上，供養(yǎng)不足造成海鮮死亡，這將給漁民帶來極大損失。

　　

　　北麂島漁民大力發(fā)展的養(yǎng)殖業(yè)

　　據(jù)了解，在2014年以前，北麂島住民用電、路燈照明、海島養(yǎng)殖、港口等用電需求全部依靠柴油發(fā)電來解決。

　　據(jù)溫州華電實業(yè)有限公司新能源部主任、高級工程師尚博介紹，島上柴油發(fā)電成本3元以上/度，還不包括設(shè)備折舊、人員工資等。柴油機組需要一天24小時不停運行，加上海島氣候環(huán)境，對柴油機的使用性能及壽命造成極大的損害，容易造成停電檢修。

　　

　　

　　北麂島作為備用的柴油發(fā)電機組

　　另外，柴油價格上漲、人工成本攀升、柴油機組漏油和廢機油對土地和海洋環(huán)境污染和噪聲影響，使海島電力緊張局面陷入困境。

　　尚博指出，海島‘用電難、用電貴’是長期存在的痛點難題，同時還存在島上設(shè)備建設(shè)時間長、配電站的低壓架空線路殘舊、銹蝕嚴重、變壓器的容量和線路線徑都偏小、島上居民房屋產(chǎn)權(quán)不清等問題。

　　“這些問題要逐一解決，相當于在島上重建一個電網(wǎng)。”尚博說。

　　政策助力 開啟用能新時代

　　“過去供電機組的殘舊會導致供電不穩(wěn)定，甚至是造成安全隱患，嚴重影響了島上用戶日常生產(chǎn)和生活，有了穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，才能更好的服務(wù)地方漁業(yè)養(yǎng)殖和旅游經(jīng)濟發(fā)展。”尚博說。

　　為此，如何加快海島電網(wǎng)建設(shè)，提升海島供電服務(wù)的惠及島上居民和各類用戶是當?shù)毓╇姽矩叫杞鉀Q的難題。

　　恰逢此時，浙江朗呈新能源有限公司(以下簡稱“朗呈公司”)正組織力量對北麂島群眾的用電需求開展調(diào)查研究，并著力解決好人民群眾用電中最關(guān)心最現(xiàn)實問題。

　　經(jīng)過一番調(diào)研和論證后，結(jié)合島上用電環(huán)境的現(xiàn)實狀況，以及國家金太陽示范工程項目政策，朗呈公司決定投資4500萬元在北麂島建離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)項目。

　　據(jù)介紹，項目前期采用“光伏發(fā)電+儲能為主電源，柴油發(fā)電機為備用電源”的微電網(wǎng)運行模式，可有效解決島上居民的用電難問題。微電網(wǎng)技術(shù)充分利用海島可再生能源的優(yōu)勢，兼顧綠色環(huán)保與供電質(zhì)量的要求，與敷設(shè)海底電纜相比，微電網(wǎng)投資少，運維成本低;而與柴油發(fā)電相比，微電網(wǎng)供電質(zhì)量高、運維成本低，更加綠色環(huán)保。

　　朗呈公司總經(jīng)理章旭敏表示，2014年-2017年北麂島全年的用電量在120萬度電左右，目前北麂島正在大力發(fā)展旅游業(yè)，用電負荷業(yè)隨之增加，2018年北麂島年供電量為152萬kWh，預計最大供電量會增長到180萬kWh左右。

　　整體架構(gòu)如下：

　　

　　章旭敏指出，島上如果是晴到多云天氣基本是光伏系統(tǒng)直供電，晚上儲能系統(tǒng)放電。海島晚上的用電量比白天要多，所有在儲能系統(tǒng)中要配有足夠的容量才能夠保證不浪費光伏發(fā)電及保證夜晚供電。

　　“2015年至2019年運行5年以來，雖然光伏組件能發(fā)電464.7萬度，但是實際供電僅297萬度，轉(zhuǎn)換效率比較低”，章旭敏說。

　　章旭敏告訴記者，從2014年6月至2017年的實際運行中發(fā)現(xiàn)原來的儲能系統(tǒng)存在損耗大、轉(zhuǎn)換效率低、儲存能力不足(供電能力下降)、設(shè)備老化、VF源不穩(wěn)定、EMS系統(tǒng)不穩(wěn)定等情況。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、VF源不穩(wěn)定，導致整個系統(tǒng)不穩(wěn)定。

　　交流母線離網(wǎng)系統(tǒng)，核心部分就是VF源系統(tǒng)，主要起到支撐整個供電系統(tǒng)，調(diào)節(jié)負荷、光伏等波動。由于原先的VF源系統(tǒng)是由鋰電池與變流器組成，在實際運行中，發(fā)現(xiàn)鋰電池在海島上應(yīng)用一致性不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)故障(如VF源經(jīng)常出現(xiàn)單體報警、組串之間SOC相差過大等報警信)，導致設(shè)備停機，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行及供電。

　　2、主要逆變器設(shè)備老化故障頻發(fā)。

　　光伏逆變器及儲能逆變器經(jīng)常出現(xiàn)故障停機，大大影響了光伏發(fā)電及供電。如2017年1月22日至2月13日，儲能逆變器故障停機，嚴重影響發(fā)電量。

　　3、故障維修時間長。

　　由于海島交通不便，當出現(xiàn)故障后，一般都需要專業(yè)人員運維。因此從登島到維修完成基本需要7天以上左右時間。尤其是設(shè)備、光纖線路方面的檢修，耽誤的時間比較長。

　　4、設(shè)備損耗大。

　　根據(jù)該項目歷年運行數(shù)據(jù)顯示，一天的損耗電量在1000kWh左右，造成儲能系統(tǒng)全年轉(zhuǎn)換效率在62%左右。(2015年損耗率38.41%、2016年損耗率37.31%、2017年損耗率37.51%)

　　5、EMS管理系統(tǒng)性能不穩(wěn)定。

　　在2018年初該系統(tǒng)EMS通訊異常，無運行數(shù)據(jù)顯示，最終導致整個系統(tǒng)無法供電。

　　至于為何這個項目選擇鉛碳電池，沒有用鋰電池，章旭敏告訴記者，鋰電池和鉛碳電池都是充放電模塊，沒有本質(zhì)上沒有區(qū)別。海島項目在選擇儲能模塊時，主要是放電深度不能太淺，要達到60%以上，電池循環(huán)使用壽命最好是5年左右，同時要考慮海島環(huán)境對電池在實際運行中的影響。目前來看鋰電池的價格雖然這幾年一直在降低，但是和鉛碳電池相比還是有差距，鋰電池的使用環(huán)境及安全性比較嚴格，一致性要穩(wěn)定。而鉛碳電池技術(shù)也在不斷進步，性能也有相應(yīng)提高，但在能量密度方面不如鋰電池。

　　通過這幾年的項目建設(shè)及運營，章旭敏體會頗深，她告訴記者，這個項目給她帶來了很多快樂，尤其是夜晚島上繁星燦爛和和燈火通明，成就感最充實。

　　改造系統(tǒng) 舊貌換新顏

　　章旭敏告訴記者，海島微電網(wǎng)項目在建設(shè)、施工和運維過程中也要做好相應(yīng)工作，稍不留神，會帶來系統(tǒng)的不穩(wěn)定和經(jīng)濟損失。

　　章旭敏指出，海島的運輸和人工成本要比陸地高一倍。在安裝進場前，先準備好所有施工作業(yè)工具，做好計劃安排;海島道路較窄、濕度大、鹽分高、腐蝕性墻。平時要做好室外設(shè)備的防腐工作;臺風季節(jié)時，要注意光伏區(qū)場地的檢查，防止異物砸壞組件，所有的設(shè)備都要有備件;要定期的處理遮擋光伏組件的雜草，不能用除草劑，防止大量水土流失。

　　一系列存在的問題給項目運營和島上居民用電帶來居多不便，為此，章旭敏先后在2018年至2019年期間更換了部分蓄電池和EMS系統(tǒng)，雖然更換設(shè)備后提高了部分發(fā)電量，但是損耗大等問題依然存在。

　　將交流微電網(wǎng)與直流微電網(wǎng)互聯(lián)構(gòu)成交直流混合微電網(wǎng)，交直流混合微電網(wǎng)是適應(yīng)新的分布式電源形式及負荷而建立的，可同時接入包括光伏、風機、儲能裝置、小型發(fā)電機、直流負荷、交流負荷等多種交直流能源形式。

　　為此，章旭敏再次下決心投資600萬元左右改造升級成交直流混合微電網(wǎng)架構(gòu)系統(tǒng)。

　　2018年5月份與浙江大學電氣學院達成了合作協(xié)議，委托浙江大學對本項目進行優(yōu)化和提升。

　　2019年3月，浙江大學完成了該項目直流改造設(shè)計方案，10月份已完成蓄電池設(shè)備房的建設(shè)和控制系統(tǒng)現(xiàn)場的模擬調(diào)試以及相應(yīng)關(guān)鍵設(shè)備的委托定制，12月對項目進行進場施工和整體調(diào)試，并于2020年1月完成電站改造升級。

　　

　　系統(tǒng)機構(gòu)圖

　　北麂島交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)由五大部分組成，包括集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機組、EMS管理系統(tǒng)。

　　光伏系統(tǒng)(1.274MWp)與儲能系統(tǒng)(7.239MWh)總直流母線連接，并由2臺BCS逆變器升至400Vac交流母線，并經(jīng)0.4/10.5kV升壓變升壓至10kV輸電線路接入用戶側(cè)。

　　該項目最大能帶載負荷量是1000kW，目前朗呈公司和供電局結(jié)算電價是1.1元/kWh。

　　同時還配備1800kW柴油發(fā)電機組作為系統(tǒng)備份電源，遇上陰雨天等情況時，適當開啟柴油機補充用電。

　　該項目所有采用充放電設(shè)備是科華恒盛股份有限公司生產(chǎn)，電池采用的是鉛碳電池技術(shù)。

　　項目改造后，優(yōu)勢進一步凸顯，主要體現(xiàn)在：

　　1、適合于不同形式或不同頻率頻率的發(fā)配電互聯(lián)，因而，特別適合新能源分布式發(fā)電(DG)供電系統(tǒng)。現(xiàn)有新能源發(fā)電，要么輸出是直流(如PV光伏)，要么因為穩(wěn)定需要采用了“交-直-交(AC-DC-AC)”電能變換結(jié)構(gòu)(如風力、海洋能發(fā)電)，柔直系統(tǒng)可方便它們的接入，提高變換效率、節(jié)省設(shè)備環(huán)節(jié)。

　　2、方便儲能設(shè)備(電池、超級電容器等)連接，采用雙向DC/DC直接充放電、省去AC/DC環(huán)節(jié)，系統(tǒng)具有更高的效率、更低的設(shè)備成本。

　　3、容量大小可定制、分期建設(shè)和日后擴展方便。由于直流母線無交流同步、功率因數(shù)、諧波畸變、三相不平衡、負序零序等電能質(zhì)量問題，用電品質(zhì)好、無需額外電能質(zhì)量治理裝備。

　　4、柔性直流平臺適合于地埋或海底供電線纜的鋪設(shè)，由于直流線路無交變電磁場效應(yīng)、占地空間小;周圍介質(zhì)的影響小，特別是海水或地埋線路，無交流線路的地質(zhì)、介質(zhì)、占地空間、供電距離等限制，可方便實現(xiàn)多島互聯(lián)、也有助于海島環(huán)境的美觀。

　　5、柔直系統(tǒng)主要設(shè)備VSC慣性非常小(相對柴油發(fā)電等)、動態(tài)響應(yīng)快，同時，采用了智能控制器，系統(tǒng)供電性能穩(wěn)定。

　　6、柔直微電網(wǎng)并網(wǎng)和離網(wǎng)兼容性好，在有條件的海島或未來，可方便實現(xiàn)與岸上大電網(wǎng)互聯(lián)(如直流輸電HVDC等)，即可向大電網(wǎng)吸收或送出電能、平衡網(wǎng)內(nèi)電能生產(chǎn)和消耗，也可以離網(wǎng)獨立運行。

　　7、具有多級智能能量控制能力，既可自動實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)發(fā)電、用電、儲能之間的能量平衡，也可是按發(fā)電電源、儲能和用電工況等的經(jīng)濟性，實現(xiàn)智能優(yōu)化調(diào)度。在聯(lián)網(wǎng)運行條件下，還可兼有協(xié)助大電網(wǎng)“削峰填谷”、“調(diào)壓調(diào)頻”能力，進一步優(yōu)化供電效益。

　　

　　瑞安市北麂島1.274MWp交直流混合微電網(wǎng)項目鉛炭儲能電池

　　據(jù)科華恒盛股份有限公司新能源事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)林金水介紹，該項目光伏系統(tǒng)裝機容量為1.27MWP，有5200塊多晶硅245Wp組成，經(jīng)21臺匯流分別接入到6臺SPT(DC/DC)，經(jīng)子直流母線給蓄電池充電，再經(jīng)總直流母線對外供電。

　　

　　瑞安市北麂島1.274MWp交直流混合微電網(wǎng)項目

　　升級改造后，儲能系統(tǒng)裝機容量為5.239MWh，分為6組，分別接一臺SPT，形成6個直流子系統(tǒng)配套運行。而原儲能區(qū)的2MWh舊電池已不再運行，等待后續(xù)改造升級。

　　

　　瑞安市北麂島1.274MWp交直流混合微電網(wǎng)項目

　　供電系統(tǒng)有6臺直流系統(tǒng)平均分配到2臺BCS逆變器，形成2個供電系統(tǒng)，并并機運行，對外供電。

　　

　　改造后的EMS系統(tǒng)

　　值得一提的是后臺EMS系統(tǒng)重新做了技術(shù)改進，和浙江大學聯(lián)合研發(fā)，升級后EMS系統(tǒng)主要功能是負責系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理等，幾乎不參與直流系統(tǒng)運行，避免斷電。

　　

　　系統(tǒng)機構(gòu)圖

　　林金水指出，該系統(tǒng)升級改造后光伏發(fā)電至電池充電僅僅經(jīng)過一級DC-DC變換，電池放電至電量上網(wǎng)也僅僅經(jīng)過一級DC-AC變換，系統(tǒng)效率顯著提升;直流母線電壓由儲能電池鉗位，系統(tǒng)穩(wěn)定性提升;系統(tǒng)潮流控制簡化、差額功率由儲能電池自動補充，控制簡單方便;系統(tǒng)由直流母線連接光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、供電系統(tǒng)，系統(tǒng)擴容簡單易行。

　　通過此次系統(tǒng)的改造和升級，一是損耗大大減少，系統(tǒng)儲能轉(zhuǎn)換效率將提高23%以上(到達85%以上)，如2020年5月運行數(shù)據(jù)顯示該系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率達到84.88%。 二是項目運行更穩(wěn)定、更可靠，沒有VF源系統(tǒng)，也不受限于后臺管理系統(tǒng)約束，改造后項目基本是自主運行，大大減少現(xiàn)場人員運維負擔。三是提高了發(fā)電量，從前五個月運行數(shù)據(jù)來看，預計2020年供電量會在100萬度以上，供電能力增長35%以上。

　　章旭敏告訴記者，在海島微電網(wǎng)項目建設(shè)中，還需要從項目規(guī)劃設(shè)計、項目施工、項目運維以及儲能系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、安全措施等方面做好標準規(guī)范工作，為未來海島經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展做好更強有力支撐服務(wù)。

　　章旭敏認為，在規(guī)劃設(shè)計上，需要進一步研究海島光伏、儲能、用電負荷、柴油機組及其他新能源的容量配比模式;光伏組件安裝方式(角度及高度);光伏區(qū)的排水系統(tǒng)(梅雨季節(jié)時雨量較大，會造成水土流失，影響基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定);場地選擇商，要盡量避開歷史臺風登陸點。

　　在施工過程中，海島的道路比較窄，大型的工程器械排不上用場。設(shè)備的裝卸、運輸、安裝，基本是靠三輪車輛(2到3噸左右)及人力。海島交通不便，腐蝕性強，現(xiàn)場管理人員技術(shù)水平有限，因此建議相關(guān)設(shè)備組件要模塊化，便于運輸和安裝。

　　章旭敏指出，要注意設(shè)備材料防腐工作。由于海島濕度大、鹽分高、腐蝕性強。尤其是暴露在空氣中的設(shè)備，如光伏組件、升壓變、光伏支架、環(huán)境檢測儀、匯流箱、供電設(shè)備、電池支架、蓄電池接觸端都要做好充分的防腐措施，因此建議相關(guān)設(shè)備盡量都安裝在室內(nèi)環(huán)境中。

　　

　　受臺風影響損壞的光伏組件

　　在安全措施方面要高度重視防臺風。海島有臺風季節(jié)性，光伏組件的安裝角度不易過高，同時光伏場地四周要設(shè)擋風墻，場區(qū)內(nèi)不能有尖銳的異物(防止被風刮起砸壞組件)。

　　章旭敏進一步指出，在項目日常運維方面，要注意光伏區(qū)雜草、高壓線路檢查、設(shè)備檢查、線路維修、通訊線路維修(光纖)等，以免影響項目發(fā)電效率和正常運行。

　　北麂島現(xiàn)有500kW柴油發(fā)電機兩臺和200 kW柴油發(fā)電機兩臺，500kW柴油發(fā)電機用于正常發(fā)電，200 kW柴油發(fā)電機作為備用，對全島居民供電。隨著島上旅游業(yè)的發(fā)展，負荷也會逐漸增加。朗呈公司正在謀劃進一步增加儲能系統(tǒng)配置滿足日益增長的用電需求。

　　章旭敏指出，日前改造后投入使用的北麂島光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工程，讓3500多名島民正式告別了以柴油機發(fā)電為主的供電模式，為發(fā)展“生態(tài)友好型”海島微電網(wǎng)工程提供借鑒與參考。

　　記者觀察：

　　海島是陸地國土和海洋國土的結(jié)合部，它兼?zhèn)湄S富的海、陸資源，在海洋經(jīng)濟和沿海經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(臺灣省、香港和澳門所屬島嶼暫未列入)，中國共有面積大于500平米的島嶼5000多個，約占全國陸地總面積的 0.8%，其中，有人居住的島嶼400 多個。中國海島分布很不均勻，東海島嶼最多，約占全國島嶼總數(shù)的58%;南海次之，約占28%;黃海、渤海最少，約占14%。

　　海島及周邊海域以其岸線、土地、景觀、養(yǎng)殖、礦產(chǎn)以及油氣、風能、潮汐能等資源成為經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的重要資源，作為海洋的

　　“橋頭堡”，在海洋經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)重要的地位。但是，從總體上看，海島分散，面積小，基礎(chǔ)設(shè)施落后等原因，致使海島經(jīng)濟的總體水平不高。

　　

　　瑞安市北麂島1.274MWp交直流混合微電網(wǎng)項目(光伏電站部分)

　　海島由于受海洋性氣候的影響，風光的波動性、隨機性和間歇性使新能源發(fā)電具有強不確定性，準確預測風光發(fā)電難度較大;同時，海島負荷由于長期受供電能力的影響，負荷壓制較大，難以準確了解真實負荷情況。受海島地形、可用資源及環(huán)境保護的影響，可安裝光伏或風電的資源受影響較大，甚至可能因風機噪音或光污染導致無法安裝所需的新能源容量(文獻2)。

　　針對不同自然條件的海島合理布局不同電源，構(gòu)建由不同功能類型的微電網(wǎng)組成的總體架構(gòu)，提高微電網(wǎng)間的功率互濟性，并降低源荷不確定性對弱聯(lián)網(wǎng)或獨立型微電網(wǎng)的影響(文獻3)，從而合理、有序、規(guī)范地利用好海島資源，挖掘海島經(jīng)濟價值，保證其可靠的能量供給對我國發(fā)展海洋事業(yè)、捍衛(wèi)國家權(quán)益具有重大戰(zhàn)略意義。

　　參考文獻1、2、3：基于100%綠色能源供電目標的海島微電網(wǎng)群容量優(yōu)化配置，《中國電機工程學報》網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文，作者：趙波、李得民、吳在軍、張雪松、汪湘晉、唐雅潔 中國儲能網(wǎng) 　 作者： 劉伯洵