在全球氣候變化的壓力下，我國能源消費結(jié)構(gòu)正逐步向清潔化轉(zhuǎn)型。以光伏、風(fēng)電為代表的新能源產(chǎn)業(yè)風(fēng)生水起，作為解決可再生分布式能源接入和管理問題的重要技術(shù)方案，微電網(wǎng)也迎來了黃金發(fā)展期。如何因地制宜地發(fā)展微電網(wǎng)？本文借鑒日本能源政策衍變及微電網(wǎng)的發(fā)展，為我國建設(shè)微電網(wǎng)提供了一定的思路。
1日本能源政策的衍變
能源決定了一個國家的經(jīng)濟命脈，然而由于自然稟賦不同，資源儲藏量差異大，各個國家選擇的戰(zhàn)略大不相同。日本，作為一個海島國家，其自然資源匱乏，為保持經(jīng)濟正常增長，其能源政策也根據(jù)各個時期的實際情況，歷經(jīng)過多次改變。
早在20世紀60年代，日本依靠中東進口的廉價石油，其經(jīng)濟實現(xiàn)了飛躍，并在1969年超過德國成為僅次于美國的第二大經(jīng)濟強國。然而經(jīng)過70年代的兩次石油危機，日本決定把“確保能源供應(yīng)安全”，作為最重要的國策。其率先發(fā)展液化天然氣（LNG）、火力發(fā)電和核電事業(yè)，期間，雖然出現(xiàn)了應(yīng)對地球環(huán)境問題，如何通過改制提高經(jīng)濟效益等新課題，但能源的穩(wěn)定供給為日本戰(zhàn)后經(jīng)濟健康發(fā)展提供了強有力的保障。同時為應(yīng)對全球變暖等問題，提出了3E政策：能源供給安全（energysecurity）、經(jīng)濟效益（Economic Efficiency）和環(huán)境保護（Environmenta lProtection）。
但是，2011年3月的日本大地震和福島核電事故的發(fā)生，使日本的能源形式發(fā)生了重大改變。直到現(xiàn)在，由此次事故引起的諸多問題還沒有妥善解決，十幾萬人仍然過著背景離鄉(xiāng)的生活。同時此次事件引發(fā)了人們對過去能源供給體制的不信任感，其作為主要供給能源之一的核電站全部停機。由于替代燃料LNG，原油和煤炭進口的大量增加，其貿(mào)易收支迅速惡化，同時由于化石燃料的大量使用，也使日本的溫室氣體排放和環(huán)境壓力越來越重。
隨著2012年底民主黨下臺，代表大企業(yè)的安倍政府重新上臺，明確提出要制定“負責(zé)任的能源政策”。隨著2015年8月川內(nèi)核電站重新啟動，意味著將近2年的“零核”時代結(jié)束。日本今后的能源戰(zhàn)略仍是將核電至于基核電源的位置，同時繼續(xù)大力推動節(jié)能活動和發(fā)展可再生能源。另外鑒于核島事故的發(fā)生，日本的能源戰(zhàn)略提出把安全（safety）放在第一位，既“3E+S”組合，而且發(fā)起了對電力系統(tǒng)的改革，實行發(fā)電與配送電的分離，實現(xiàn)能源種類的分散化與結(jié)構(gòu)的合理化。這其中，大力發(fā)展微電網(wǎng)與分布式多能互補成為了一項重要的國策。
2日本微電網(wǎng)的發(fā)展及特點
日本是亞洲研究和建設(shè)微電網(wǎng)較早的國家，自2003年開始，日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(NewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization,NEDO)就協(xié)調(diào)高校、科研機構(gòu)和企業(yè)先后在八戶市、愛知縣、京都市和仙臺市等多地區(qū)建設(shè)了微電網(wǎng)示范工程，研究、驗證了一批微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展目標主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個性化電力需求。日本采用的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖所示
圖1日本微電網(wǎng)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖
日本微電網(wǎng)的架構(gòu)允許燃氣輪機等旋轉(zhuǎn)發(fā)電設(shè)備直接接入到微電網(wǎng)同步運行，目前，日本的微電網(wǎng)研究集中在負荷跟蹤能力、電能質(zhì)量監(jiān)控、電力供需平衡、經(jīng)濟調(diào)度以及孤島穩(wěn)定運行等方面。日本的微電網(wǎng)采用主從控制結(jié)構(gòu)，通過頂層能量管理系統(tǒng)統(tǒng)一對網(wǎng)內(nèi)的分布式電源進行管理和調(diào)度，保證為電網(wǎng)的暫態(tài)功率平衡，抑制對主網(wǎng)的影響。
3日本微電網(wǎng)的主要作用
因為日本嚴重缺乏能源資源，其自給能源率一直在20%以下，這決定了日本大力發(fā)展國內(nèi)可利用能源的必然性，對于分散的各類可利用能源，微電網(wǎng)可以很好的整合貫通。日本擁有全球最多的海島獨立電網(wǎng)，因此發(fā)展集成可再生能源的海島微電網(wǎng)，替代成本高昂、污染嚴重的內(nèi)燃機發(fā)電是日本微電網(wǎng)發(fā)展的重要方向和特點。
日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省資源能源廳于2009年啟動了島嶼新能源獨立電網(wǎng)實證項目，通過提供政府財政補貼，委托九州電力公司和沖繩電力公司在鹿兒島縣和沖繩縣地區(qū)的10個海島上完成了海島獨立電網(wǎng)示范工程的建設(shè)，包括由東芝集團負責(zé)建設(shè)的宮古島大型海島電網(wǎng)和由富士電機株式會社負責(zé)建設(shè)的9個中小型海島微電網(wǎng)。
同時，日本是地震等自然災(zāi)害頻發(fā)國家，電力系統(tǒng)極易受到自然災(zāi)害破壞，因此提升電力供應(yīng)在自然災(zāi)害下的可靠性是日本微電網(wǎng)發(fā)展的另一個重要方向和特點。
2011年，東日本大地震及其誘發(fā)的海嘯造成了福島第一核電站1~4號機組發(fā)生核泄漏事故，并引發(fā)了嚴重的大范圍停電。震災(zāi)期間，東京電力公司轄區(qū)損失電力供應(yīng)22GW，約占其峰值負荷的37%；東北電力公司轄區(qū)損失電力供應(yīng)7.5GW，約占其峰值負荷的50%。然而仙臺市微電網(wǎng)經(jīng)受住了災(zāi)害的考驗，在大電網(wǎng)失電、獨立運行的60余個小時內(nèi)通過儲能設(shè)備和燃氣發(fā)電實現(xiàn)了關(guān)鍵負荷的不間斷供電，有力保障了微電網(wǎng)內(nèi)醫(yī)療護理設(shè)備、實驗室服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備的正常運行。
2017年，日本政府投資330多億美元，打造多個智能防災(zāi)小鎮(zhèn)。其主要依靠太陽能發(fā)電，鎮(zhèn)上的災(zāi)害公營住宅、集合住宅的屋頂覆蓋著太陽能發(fā)電板，還建有大型的太陽能發(fā)電板集中池，每天能夠產(chǎn)生約400千瓦時的電力。小鎮(zhèn)配備了緊急用的生物柴油發(fā)電機和蓄電池，即便是發(fā)生災(zāi)害，在系統(tǒng)電力停止供應(yīng)的情況下，緊急用發(fā)電機也能夠保持運行至少三天。在白天，太陽能發(fā)電產(chǎn)生的多余電力可以儲存在蓄電池中，通過小鎮(zhèn)街道兩盤的低壓、高壓電線桿，與低碳素型發(fā)電所的智能系統(tǒng)電力網(wǎng)連接。管理電網(wǎng)的Hope可以調(diào)配電力，向用電量大的用戶售電，白天儲存的太陽能電力在夜晚能夠通過電網(wǎng)輸送到需要的地方。
結(jié)語
與中國能源狀況相比，日本有著更為艱難的局面，但是其努力在供給和需求方面做努力，沒有使能源問題成為影響經(jīng)濟發(fā)展的約束性障礙，值得我們借鑒。同時，針對微電網(wǎng)可以為電網(wǎng)解決大規(guī)模可再生分布式電源，可提高供電可靠性等特點，日本政府大力推廣發(fā)展微電網(wǎng)，以提高其電力供應(yīng)的抗災(zāi)害能力及彌補核電關(guān)停造成的電力缺口。這為我們國家建設(shè)微電網(wǎng)提供了一定的思路，應(yīng)該因地制宜從實際需求出發(fā)對微電網(wǎng)建設(shè)方案進行統(tǒng)籌考慮。