Мікромережа (іноді мікрогрід) — це локальна електрична мережа з визначеними електричними межами, яка діє як єдиний керований об'єкт. Вона здатна працювати в загальній мережі та поза мережею. Автономна або ізольована мікромережа працює лише поза загальною мережею і не може бути під'єднана до ширшої енергосистеми. Дуже дрібні мікромережі називаються наномережами.
Мікромережа, пов'язана із макромережею, зазвичай працює в режимі синхронізації з традиційною , але може від'єднатися від неї та функціонувати незалежно відповідно до технічних або економічних умов. Режим роботи мікромережі, за якого мікромережа працює ізольовано в результаті від’єднання або непід'єднання до загальної мережі, називається острівним режимом. Таким чином, мікромережі покращують надійність постачання в осередку мікромережі та можуть забезпечувати аварійне живлення, перемикаючись між острівним і під'єднаним режимами.
Автономна мікромережа має власні джерела електроенергії, доповнені установкою зберігання енергії. Мікромережі використовуються там, де передача та розподіл електроенергії від великого централізованого джерела енергії занадто віддалені та дорогі в експлуатації. Вони пропонують можливість електрифікації сільської місцевості у віддалених районах і на малих островах. Автономна мікромережа може ефективно інтегрувати різні джерела розподіленої генерації (РГ), особливо відновлювані джерела енергії (ВДЕ).
Керування і захист є труднощами для мікромереж, оскільки всі для стабілізації системи повинні генеруватися в межах мікромережі, а низькі рівні струму короткого замикання можуть бути складними для селективної роботи систем захисту. Важливою особливістю є забезпечення багатьох корисних енергетичних потреб, таких як опалення та охолодження, окрім електроенергії, оскільки це дозволяє замінити носії енергії та підвищити енергоефективність завдяки використанню відпрацьованого тепла для цілей опалення, гарячого водопостачання та охолодження (міжгалузеве використання енергії).
Історія Вперше децентралізовану модель електропостачання запропонував та просував Томас Алва Едісон. Станом на кінець 1880-х понад двісті гідроелектростанцій живили окремі будівлі та фабрики. Однак в Едісона на той час не було розвинутих технологій керування, тому під час електрифікації США у першій половині XX ст. перемогла централізована модель.
У 1940-х рр. у СРСР проєктувались так звані вітроелектростанції ізольованого типу, які включали вітрогенератор, акумуляторну батарею, призначену для живлення навантажень під час короткого затишшя вітру, та агрегат на основі теплового двигуна для довгих періодів штилю. Такі вітроелектростанції призначались для районів, де електроенергія з інших джерел була б занадто дорогою. У 1978 році внаслідок нафтового ембарго Конгрес США ухвалив Public Utility Regulatory Policies Act, який зобов'язав комунальні підприємства купувати у споживачів електроенергію, вироблену на когенераційних установках та з відновлюваних джерел, запровадивши, зокрема, механізм Net Billing.
У 1990-х роках США та Європа почали шукати шляхи інтеграції величезних обсягів розподілених енергетичних ресурсів у свої вже розвинені та старіючі мережеві інфраструктури. Щоб провести дослідження на рівні, необхідному для програми розвитку такого масштабу, США створили CERTS, а в Європі утворили консорціум MICROGRIDS. Обидва були першими у визначенні рішення — створення архітектури електромережі, розділеної на підрозділи, які могли б керувати виробництвом і попитом на місцевому рівні, а також за потреби могли бути від'єднані від «макромережі». Термін «мікромережа» був вперше запропонований у 2001 році професором Робертом. Г. Лассетером з університету Вісконсин-Медісон. Він розробив концепцію та основні вимоги до мікромереж.
2002 року Національний технічний університет Афін (NTUA) побудував лабораторний проєкт мікромережі, відомий як Лабораторія енергетичних систем. 2004 року в Мілані було побудовано випробувальний комплекс CESI RICERCA, який можна було реструктуризувати в різні топології для випробування функціонування в стаціонарному та перехідних режимах та аналізу якості електроенергії. 2005 року в Імперському коледжі Лондона було створено прототипи для випробувань розподільної мережі та тестів навантаження. У період з 2004 по 2006 рік в ЄС, Японії та США створено ряд демонстраційних проєктів. З 2006 року мікромережі були включені в китайську Програму 863 (Державний план розвитку високих технологій) та Програму 973 (Національна програма фундаментальних досліджень). 2010 року Державна електромережна корпорація Китаю (SGCC) побудувала демонстраційний проєкт у Чженчжоу для вивчення керування роботою мікромережі, що поєднує розподілену фотоелектричну генерацію та накопичення енергії та інженерне застосування, а також інший у Сіані для дослідження технологій керування мікромережею, що поєднує розподілену генерацію/зберігання енергії.
Перші проєкти мікромереж в Україні реалізовані з 2018 року задля підвищення ефективності енергопостачання. Детальну увагу на мікромережі звернули з початком широкомасштабного вторгнення Росії та руйнування нею генеруючих потужностей та мереж передачі як на засіб підвищення надійності енергопостачання. Мікромережі рівня ОСББ, дачних кооперативів або окремих підприємств створювались громадянами самостійно і включали від LED-освітлення з акумулятором до власної дизельної електростанції.
Визначення Група обміну мікромережами Міністерства енергетики Сполучених Штатів визначає мікромережу як «групу взаємопов'язаних навантажень і розподілених енергетичних ресурсів у межах чітко визначених електричних кордонів, яка діє як єдиний керований об'єкт стосовно мережі; мікромережа може підключатися та відключатися від мережі, щоб дозволити їй працювати як у режимі під'єднання до мережі, так і в острівному режимі».
Лабораторія Берклі визначає: «Мікромережа складається з пристроїв генерації та зберігання енергії, які можуть живити будівлю, кампус або громаду, коли вони не під'єднані до електричної мережі, наприклад, у разі катастрофи».
Дослідницький проєкт ЄС описує мікромережу як систему розподілу з розподіленими енергетичними ресурсами (DER), такими як мікротурбіни, паливні елементи або фотоелектричні панелі (PV), накопичувальні пристрої (батареї, маховики) та гнучкі навантаження. Такі системи можуть працювати як під'єднаними, так і від'єднаними від загальної мережі. Робота мікроджерел у мережі може принести переваги загальній продуктивності системи, якщо керувати та координувати ефективно.
Електропедія визначає мікромережу як групу взаємопов'язаних навантажень і розподілених енергетичних ресурсів із визначеними електричними межами, які утворюють локальну електроенергетичну систему на рівнях розподільної напруги, тобто низької та середньої напруги до 35 кВ. Цей кластер пов'язаних вузлів споживачів і виробників діє як єдиний керований об'єкт і може працювати в режимі під'єднання до мережі або в острівному режимі.
Microgrid Knowledge визначає мікромережу як «самодостатню енергетичну систему, яка обслуговує окремий географічний район, такий як кампус коледжу, лікарняний комплекс, бізнес-центр або район».
Відповідно до Закону України «Про ринок електричної енергії» мікромережа — це група взаємозв'язаних навантажень і розподіленої генерації із визначеними електричними межами, що утворюють локальну електроенергетичну систему на рівні системи розподілу електричної енергії, яка діє як єдиний керований об'єкт і здатна працювати паралельно з ОЕС України (паралельний режим мікромережі) або в острівному режимі мікромережі.
Автономна мікромережа або ізольована мікромережа працює лише поза мережею та не може бути під'єднана до ширшої системи електроенергії. Зазвичай вони призначені для географічних островів або для електрифікації сільської місцевості. У неіндустріалізованих країнах мікромережі, які використовуються для забезпечення доступу до електроенергії в раніше неелектрифікованих районах, часто називають . Наномережі належать до одного будинку чи будівлі, а взаємозв'язок кількох наномереж утворює мережу (мікромережу), сприяючи розподілу потужності між окремими наномережами.
Мікромережі кампусу або інституту Мікромережі кампусу зосереджені на об'єднанні існуючої локальної генерації для підтримки кількох навантажень, розташованих у тісній географічній зоні, де власник може легко ними керувати.
Громадські мікромережі Громадські мікромережі можуть обслуговувати тисячі клієнтів і сприяти проникненню місцевої енергії (електроенергії, опалення та охолодження). У мікромережі громади деякі будинки можуть мати відновлювані джерела, які можуть задовольнити їхній попит, а також попит їхніх сусідів у тій самій громаді. Громадська мікромережа також може мати централізовану або кілька розподілених установок накопичення енергії. Вони можуть мати форму мікромереж змінного та постійного струму, з'єднаних разом через двонаправлений силовий електронний перетворювач.
Віддалені автономні мікромережі Ці мікромережі, як правило, не призначені для під'єднання до макромережі, а замість цього постійно працюють в острівному режимі через економічні проблеми чи географічне положення. Як правило, мікромережа «поза мережею» будується в районах, які знаходяться далеко від будь-якої інфраструктури передачі та розподілу і, отже, не має зв'язку з комунальною мережею. Дослідження показали, що експлуатація автономних мікромереж у віддаленому районі або на островах, де переважають відновлювані джерела, знижує вирівняні витрати на виробництво електроенергії протягом усього терміну експлуатації таких мікромережевих проєктів. У деяких випадках автономні мікромережі об'єднуються в національну мережу або «макромережу», але цей процес вимагає технічного, нормативного та правового планування.
Великі віддалені території можуть забезпечуватися кількома незалежними мікромережами, кожна з яких має окремого власника (оператора). Хоч такі мікромережі традиційно проєктуються як енергетично самодостатні, змінні відновлювані джерела та їхні несподівані та різкі коливання можуть спричинити неочікуваний дефіцит електроенергії або надмірну генерацію в цих мікромережах. Без накопичення енергії та інтелектуального керування це негайно спричинить неприйнятні відхилення напруги чи частоти в мікромережах. Щоб виправити такі ситуації, можна тимчасово під'єднати такі мікромережі до відповідної сусідньої мікромережі для обміну електроенергією та зменшення відхилень напруги та частоти. Цього можна досягти за допомогою перемикача на основі силової електроніки після належної синхронізації або зустрічно-паралельного з'єднання двох силових електронних перетворювачів і після підтвердження стабільності нової системи. Визначення потреби з'єднати сусідні мікромережі та пошук відповідної мікромережі для з'єднання може бути досягнуто за допомогою підходів оптимізації або підтримки ухвалення рішень.
Оскільки віддалені автономні мікромережі часто невеликі та побудовані з нуля, вони мають потенціал для включення найкращих практик глобального сектору електроенергетики та стимулювання енергетичних інновацій. Зараз заведено бачити віддалені автономні мікромережі, які в основному живляться відновлюваними джерелами енергії та керуються інтелектуальними засобами керування на рівні споживача, що не завжди легко впровадити у великому енергетичному секторі через інтереси існуючих операторів та старішу, вже існуючу інфраструктуру.
Мікромережі військових баз
Ці мікромережі активно розгортаються з акцентом як на фізичну безпеку, так і на кібербезпеку військових об'єктів, щоб забезпечити надійне живлення без використання макромережі.
Комерційні та промислові (C&I) мікромережі