智能電網(wǎng)是電力與信息雙向流動(dòng)性的能量交換網(wǎng)絡(luò)

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智能電網(wǎng)本身就是一種物聯(lián)網(wǎng),尤其是智能電網(wǎng)的配電部分更是泛在物聯(lián)網(wǎng)。中國(guó)工程院院士余貽鑫在“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與能源服務(wù)模式交流會(huì)”上闡述了對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)及智能電網(wǎng)的看法。

當(dāng)下,智能化技術(shù)正在從科技向產(chǎn)業(yè)滲透,隨著各種先進(jìn)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用,智能化已成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)際上各國(guó)對(duì)未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展模式存在不同理解,行程不同的發(fā)展方向和技術(shù)路線,對(duì)于智能化的定義和方向同樣存在不同的聲音。

余貽鑫認(rèn)為,從特點(diǎn)來(lái)看,智能電網(wǎng)是電力和信息的雙向流動(dòng)性,以便建立一個(gè)高度自動(dòng)化(智能化)的和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)。

智能電網(wǎng)是電力與信息雙向流動(dòng)性的能量交換網(wǎng)絡(luò)

智能電網(wǎng)依賴分布式能源的步伐

“未來(lái)預(yù)測(cè)大師”Rifkin(里夫金)宣稱,人類社會(huì)必將邁進(jìn)一個(gè)新時(shí)代,屆時(shí)可再生能源和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將融合以創(chuàng)造一套強(qiáng)大的新基礎(chǔ)設(shè)施,即他所謂的第三次工業(yè)革命。

在這一愿景中,數(shù)以億計(jì)的人們會(huì)從他們家中、辦公室和工廠的可再生能源中生產(chǎn)綠色電力,并在“能源互聯(lián)網(wǎng)”中它們彼此共享,就像現(xiàn)在我們?cè)诰€創(chuàng)造和共享信息。

“能源革命的實(shí)現(xiàn)高度依賴于未來(lái)高比例分布式(特別是可再生的)能源的開(kāi)發(fā)與利用?!庇噘O鑫指出這一觀點(diǎn)背后的邏輯,同時(shí)認(rèn)為,當(dāng)下面臨的最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題就是,風(fēng)能和太陽(yáng)能的間歇性、多變性和不確定性以及儲(chǔ)能價(jià)格的昂貴。

從風(fēng)電和光伏的特點(diǎn)來(lái)看,暫時(shí)不能單獨(dú)運(yùn)行,需要采用功率平滑措施,其中包括:大電網(wǎng)的吸納、需求響應(yīng)、分布式儲(chǔ)能和小型燃油燃?xì)獍l(fā)電等。為此需要一個(gè)功能合理的現(xiàn)代電網(wǎng),來(lái)集成高比例的太陽(yáng)能和風(fēng)能,并提高能源脫碳、轉(zhuǎn)化與利用過(guò)程的效率。

首先,潛在的分布式電源不容忽視,需要需求響應(yīng)與負(fù)荷控制的進(jìn)一步完善。我國(guó)工業(yè)用電的節(jié)省潛力巨大。與此同時(shí)第三產(chǎn)業(yè)負(fù)荷和居民負(fù)荷具有可平移(電網(wǎng)友好用戶)的充分潛能,這種能力有助于降低電網(wǎng)的峰谷差率(從而提高電力資產(chǎn)的利用率和能源效率),和在緊急情況下支援電網(wǎng),有助于高比例風(fēng)光發(fā)電的更好消納。

其次,電動(dòng)汽車(chē)是重要的分布式儲(chǔ)能電動(dòng)汽車(chē)持續(xù)快速增長(zhǎng),據(jù)預(yù)測(cè)2030年電動(dòng)汽車(chē)的保有量將高達(dá)8000萬(wàn)輛,電池容量約24億kWh;電氣車(chē)輛不僅是一個(gè)大功率的電器(7kW充電4h),同時(shí)也可成為電網(wǎng)中蓄能裝置。

“管理好這些移動(dòng)的儲(chǔ)能設(shè)備,可為大規(guī)模風(fēng)光消納奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外,以燃?xì)?、電力、供熱、制冷、友好排放?yōu)化配置為例,燃?xì)鉃橹鞯姆植际侥茉聪到y(tǒng)能源利用率將在80以上%。”余貽鑫向記者表示。

如何管好廣泛分布式

目前電網(wǎng)的智能化可以被認(rèn)定為是“電網(wǎng)2.0”,而電網(wǎng)的第一次智能化,是由于大停電促使美國(guó)政府推動(dòng)電力公司使電網(wǎng)更安全更可靠。而此次的驅(qū)動(dòng)力則更加強(qiáng)勁,主要是能源壓力、氣候和環(huán)境問(wèn)題、數(shù)字化社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和韌性(防范小概率但會(huì)造成巨大損失的事件)的高要求。

“城市智能電網(wǎng)本身和它的通訊系統(tǒng)將構(gòu)成智能城市的基礎(chǔ)設(shè)施。從這一概念來(lái)看,智能電網(wǎng)是集成的能量與信息系統(tǒng),即萬(wàn)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)?!庇噘O鑫指出。

此外,他還特別強(qiáng)調(diào),智能電網(wǎng)是分級(jí)分群的分布式基礎(chǔ)設(shè)施。智能電網(wǎng)一個(gè)很重要的核心基本理念,就是建設(shè)像互聯(lián)網(wǎng)一樣智能的電網(wǎng),充分體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)精神,從而能夠充分利用可再生能源的潛力,支持技術(shù)創(chuàng)新,接受產(chǎn)銷(xiāo)客戶的崛起,并集成納米電網(wǎng)、迷你電網(wǎng)和微網(wǎng)。

而互聯(lián)網(wǎng)精神在智能電網(wǎng)上的表現(xiàn)體現(xiàn)在四個(gè)方面:

一是開(kāi)放,即基于互操作性標(biāo)準(zhǔn),即插即用;

二是對(duì)等,即能量自治單元之間的對(duì)等互聯(lián);

三是協(xié)作,實(shí)現(xiàn)相互支援;“第三次工業(yè)革命帶來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)中可再生能源的分布式特性需要的是協(xié)作而不是集中或分級(jí)的命令和控制機(jī)制”;

四是共享,即以分散式的局部最優(yōu)實(shí)現(xiàn)全局能量管理的優(yōu)化調(diào)度。

余貽鑫特意強(qiáng)調(diào)了分級(jí)的“群集”理念?!盀榱俗プ∥磥?lái)的機(jī)遇,我提出如下的設(shè)想:未來(lái)的配電網(wǎng)、微網(wǎng)、建筑單元(大樓、工廠和住宅等)與輸電系統(tǒng)的差異將逐步消失,具有本地發(fā)電和雙向電力潮流的特點(diǎn),都將配有能量管理系統(tǒng)(Energy Management System,EMS)并按照‘群集’理念實(shí)現(xiàn)各自近實(shí)時(shí)的功率平衡?!?/p>

一是電力網(wǎng),二是通信網(wǎng),兩者要融合在一起。而為了實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)交換信息和達(dá)到社會(huì)層次上的供需平衡,需要把分布式計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等引入電網(wǎng)。

設(shè)想中的智能電網(wǎng)將像互聯(lián)網(wǎng)那樣改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞剑⒓?lì)類似的變革?!暗怯捎谥悄茈娋W(wǎng)本身的復(fù)雜性,涉及廣泛的利益相關(guān)者,需要漫長(zhǎng)的過(guò)渡、持續(xù)的研發(fā)和多種技術(shù)的長(zhǎng)期共存。短期內(nèi)可以著眼于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為智能的電網(wǎng),利用已有的或即將可以配置的技術(shù)使目前的電網(wǎng)更有效,在提供優(yōu)質(zhì)電力的同時(shí),還可以創(chuàng)造較大的社會(huì)效益”。