微型电网由分布式电源、用电负荷、能量管理系统等组成。作为新一代电力系统的重要组成部分，微型电网充分利用风力、太阳能等产生的清洁电力，减少了石油和煤炭等化石燃料发电带来的污染排放，灵活性好、经济环保、能效较高。当前全球约有21000个微型电网为4800万人服务，到2030年被服务人口将扩大到5亿，届时需要部署217000个微型电网，其中大部分是太阳能微型电网，可以避免15亿吨二氧化碳排放[1]，各地用于构建微型电网的储能装机容量将达到37吉瓦，创造约401亿美元的营收[2]。

  近年来，各国积极部署微型电网，纷纷制定政策和法规来促进微型电网的建设与应用，赋能加速电力行业能源转型。本文梳理了2020年以来美国、欧盟、澳大利亚、加拿大、中国等主要国家在微型电网方面的部署情况和典型案例，总结了微型电网发展的重点方向和关键技术，以供决策参考。

  一、主要国家微型电网部署情况

  1、美国

  美国部署微型电网的重点主要集中在提高供电可靠性和实现电网智能化方面。2020年12月，美国能源部（DOE）开始制定“微型电网规划战略”（Microgrid Program Strategy）[3]，旨在到2035年，将微型电网打造成未来电力输送系统的重要组成部分，构建韧性、零碳、可负担的电力网络，将微型电网从设计到调试阶段的时间和成本分别降低20%、15%。2021年5月，DOE宣布研发出监测安装在美国各地微型电网的新型交互式工具[4]，有助于电网安装经验交流和相关数据文件下载。2023年10月，DOE发布105亿美元的“电网韧性与创新伙伴关系计划”（GRIP）[5]，将在美国44个州部署400个独立微型电网，增强电网系统韧性。目前，加利福尼亚州、密歇根州、佛罗里达州等地均部署有微型电网[6]，多由太阳能光伏和储能系统组成。

  欧盟微型电网建设主要集中于制定更先进的解决方案和示范项目部署。2022年4月，欧洲能源转型智能网络技术与创新平台（ETIP SNET）公布《2022—2025年综合能源系统研发实施计划》重点资助项目[7]，包括支持孤岛模式运行的微型电网。2022年5月，ETIP SNET发布2021—2025年将要实施的关键研究创新优先事项及其预算[8]，包括开发和示范海洋能商业化部署的最佳应用，例如建立海岛或孤岛微型电网，借助最佳应用试点开发先进的解决方案。2023年3月，ETIP SNET发布的《2022—2031年综合能源系统研发路线图》计划利用已开发的解决方案高效集成微型电网[9]。

  3、澳大利亚

  澳大利亚微型电网建设致力于解决供电不稳问题，2020年来较多关注原住民社区等脆弱群体用电问题。2020年9月，澳大利亚政府投入6700万澳元支持区域和偏远社区构建微型电网[10]，建立可负担、可靠的电力网络。2020年10月，可再生能源署（ARENA）启动“区域微型电网计划”（Regional Microgrids Program）[11]，旨在支持澳大利亚各地可再生能源微型电网的开发和部署，包括研究项目可行性、提出技术解决方案、展示电网韧性和可靠性等。2021年5月，澳大利亚政府发布年度预算[12]，将拨款3000万澳元用于凯瑟琳（Katherine）—达尔文（Darwin）的互联系统大型电池项目和北领地的微型电网部署。2022年10月，工业、科学和资源部（DISR）启动“澳大利亚供电计划”（Powering Australia plan）[13]，其中，将拨款8380万美元用于开发和部署原住民社区微型电网项目，保证能源供应安全性和可负担性。2023年8月，ARENA通过“区域微型电网计划”拨款1.25亿澳元用于微型电网技术开发和应用[14]，5000万澳元用于支持微型电网试点项目，7500万澳元支持原住民社区微型电网项目。

  4、加拿大

  加拿大地域广阔，其微型电网项目主要为远离大型电网的偏远社区供电，解决长距离输电困难问题。2022年以来，加拿大政府累计为Lac Mégantic微型电网项目追加超过350万美元[15],[16]，帮助当地基础设施并入Lac Mégantic微型电网，促进微型电网知识传播和技能培训。2022年6月，加拿大政府资助萨斯喀彻温省的Kinoosao微型电网项目[17]，试点研究太阳能微型电网可行性，预计项目建成后每年可节省约127100升柴油。2023年9月，自然资源部（Natural Resources Canada）宣布投资艾伯塔省清洁能源项目[18]，其中，将研究蒙大拿州地区所有配电基础设施并入微型电网的可能性。加拿大微型电网目前多用柴油发电，未来发展可能将转向光伏、风力发电。

  5、中国

  我国微型电网起步较晚，2020年起，陆续发布多个推进微型电网部署的文件，加快电网布局建设。其中，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》要求加快智能微型电网建设，提升向边远地区输配电的能力[19]，《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确微型电网和分布式电源的市场主体地位[20]，《“十四五”现代能源体系规划》提出积极发展智能微型电网，实现与大电网的兼容互补[21]，《电力现货市场基本规则（试行）》表示要推进微型电网等新兴市场主体参与交易[22]。然而，当前国内缺乏统一的微型电网体系规范文件和技术标准，成为微型电网进一步发展的主要障碍。

  二、微型电网建设典型案例

  微型电网建设项目主要分布在偏远地区、城市公共机构和工商业区以及住宅区域[23],[24]：

  （1）山区微型电网。湖南常德九岭村的光储一体微型电网由分布式光伏和储能电池组成，同时，配套的新型台区智能融合终端系统可以进行偏远山区分布式资源状态实时监控，实现山区电力灵活保供。光储微型电网的供电可靠性、电能质量相比于传统电网将提高至99%。

  （2）海岛微型电网。英国埃格岛离网型微型电网的发电系统由分布式光伏、小型风力发电和水力发电设施组成，同时普通储能电池阵列，是风、光、水、储有效整合的典型示范。埃格岛系统总装机容量约为184千瓦，即使在天气条件恶劣的情况下，仍能满足岛上近百名居民一天的电力需求。此外，埃格岛微型电网还备有两台70千瓦的柴油发电机，用于应对不时之需。

  （3）城市微型电网。深圳光明新区的欣旺达光储微型电网包含460千瓦的光伏发电系统和662.4千瓦时的锂电池储能系统，用于照明、供暖、供电。欣旺达光储微型电网由公共连接点断路器控制，与园区电网相接，实现并网运行，光电富足时，由微型电网输送多余电力到工业用电电网；光电短缺时，由民用电网输送备用电力到微型电网。

  （4）住宅微型电网。纽约联合公寓城并网型微型电网由3个主要部分组成：燃气轮机、蒸汽轮机以及控制系统。整个电力系统总装机容量可以达到40兆瓦，能够满足区域内6万名居民、24兆瓦的用电负荷峰值需求，剩余的16兆瓦发电力会被出售给大规模电网营利。

  三、微型电网行业创新的前沿领域

  微型电网具有巨大的发展潜力，但也在建造成本、项目选址、投资交付等方面面临着各种挑战[25]。扩大微型电网规模，需要构建10个模块，这些模块也代表着微型电网行业创新的10个前沿领域。

  （1）太阳能微型电网。第三代微型电网主要包括太阳能混合发电系统，目前需要降低太阳能微型电网能源平准化成本，尝试第三代电网与主电网互联，统一规范数据收集最终整合到微型电网程序。

  （2）地理空间分析。大部分国家正在利用地理空间方法确定国内电气化规划范围，进而部署区域微型电网，同时数字化各电站属性。这一方法可以大幅削减微型电网选址相关的投资前成本，也可以帮助识别潜在的生产型客户促进电网营收。

  （3）企业生存。随着微型电网开始创造盈利，实现生产商与用户双赢，用户需求增长的不确定性成为阻碍开发商和投资者持续融资的关键风险，电网运营商需要根据需求的变化不断开发新的商业模式，借助数字化工具共享市场信息。

  （4）社区参与。社区参与不足已经成为多数能源项目不能长期发展的主要制约，鼓励社区参与可以刺激区域用户对微型电网服务的需求，扩大联网范围，最终提高用电需求，同时用户参与到电网系统的运维过程也可以降低成本。

  （5）通过地方和国际企业以及公用事业公司提供电网服务。随着微型电网数量和规模的增加，电网系统积累巨大利润潜力，这就需要财政支持和责任分担，例如争取政府补贴和建立公私伙伴关系。其中，地方企业专注了解当地规章制度和协调服务客户，国际企业适合跨国/地区复制电网项目，公用事业公司则由国家或城市财政投资。

  （6）融资。微型电网融资规模已经从2000年的百万美元增加到当前的数十亿美元，大型项目更能够吸引政府、金融机构、跨国企业参与。长远来看，随着私营资金的加入，公共资金投入比例应该逐渐减少，并针对不同开发商制定由股权、债务、补贴和风险分担机制等不同组合组成的融资方案。

  （7）人才和技能。人力资本与金融资本保持同步的情况下，才能持续扩大微型电网部署。开展针对主要利益相关者的培训能更好地建立操作技术娴熟、知识储备充足的电网系统，快速扩大电网规模。

  （8）多样电网交付模式。微型电网交付模式多样，需要协调政府、企业制定灵活的、避免重复监督和角色冲突的体制框架，原则上可用于应对各种电网交付模式。

  （9）优化配置。随着风、光、水、氢等可再生能源的发展，开发多种储能方式至关重要，同时需求的多样化也催促着微型电网行业积极响应电力调度要求，平衡供需关系，优化配置、优化运行。

  （10）行业监管。目前大部分国家/地区缺乏微型电网专用监管框架，最佳框架应该以最低的成本回收费率促进运营商提供最好的服务，同时监管框架应该灵活可预测，可以随着市场变化而改变。

  四、微型电网关键技术及创新方向

  微型电网关键技术包括规划设计、运行管理、保护控制、储能技术等，充分发挥微型电网潜力，需要围绕上述方面进行创新[26],[27]：

  （1）规划设计。项目的规划设计需要进一步协调可再生能源、储能系统、电力负载等，维持电力稳定供应，还需构建可靠的通信基础设施，保证多个电网之间的协调与协作以及平衡运行。同时，未来微型电网为了满足用户对电源、储能系统、电力负载的“即插即用”要求，可能需要重新设计整个系统，最终实现自主运行。

  （2）运行管理。发挥微型电网最大效益，需要识别不同电源和负载，差别制定运行管理机制，便于灵活应用于不同场景。为了保证电能质量和输电效率，需要保持短期功率平衡，研发实时监测和数据采集装置，保证系统稳定供电。此外，孤岛模式运行的微型电网需要配置专用控制装置，避免发动机在启动阶段突发故障。

  （3）保护控制。微型电网保护不能仅靠固定继电器，还需进一步研究制定在所有模式和转换过程中安全运行的保护策略。同时当微型电网组成元件具有不同特性时，独立供电的电网需要配套有效控制系统参数的保护控制技术。实现微型电网智能化还需要集成智能电表与网络控制。

  （4）储能技术。在微型电网中安装储能系统可以较好解决电网电力不稳定和不连续问题。未来储能技术研发仍需聚焦于延长电池寿命和存储时间、降低电能自损耗和成本、提高响应速度和稳定性等方面，同时更要注重新型电化学储能材料研发，满足高能密度、快充快放等要求，还要保证与微型电网系统的协同调度。