DQZHAN技術(shù)訊：未來(lái)輸配電網(wǎng)或不需要大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng) 但要關(guān)注四大關(guān)鍵技術(shù)
毋庸置疑，未來(lái)的能源體系肯定是可再生能源主導(dǎo)的。屆時(shí)，可再生能源發(fā)電是主要模式，電能在終端能源中的比重將上升。
中國(guó)科學(xué)院電工研究所所長(zhǎng)肖立業(yè)在第十二屆中國(guó)電氣工業(yè)發(fā)展高峰論壇上對(duì)記者表示，理想的電網(wǎng)能夠?qū)V域范圍的各種變幻莫測(cè)的電力資源轉(zhuǎn)變成滿足變幻莫測(cè)的電力需求所需要的資源，并保障電網(wǎng)**可靠。因此，可以把智能電網(wǎng)看成是一個(gè)“能源計(jì)算網(wǎng)絡(luò)”，用戶從能源計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中獲取可靠的電力。
肖立業(yè)認(rèn)為，未來(lái)，智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向是可再生能源時(shí)空互補(bǔ)性、直流電網(wǎng)技術(shù)、超導(dǎo)與新材料技術(shù)的應(yīng)用、信息技術(shù)的運(yùn)用與智能微網(wǎng)技術(shù)。
整合時(shí)空互補(bǔ)性
時(shí)下，能源互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)火熱的議題。
而智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)主要是可再生能源與信息的融合，即通過(guò)可再生能源發(fā)電及電網(wǎng)和信息的融合，通過(guò)熱轉(zhuǎn)化及熱力網(wǎng)方式與信息的融合，通過(guò)轉(zhuǎn)化成氫、合成燃料等與電網(wǎng)、熱力網(wǎng)及信息的融合，通過(guò)市場(chǎng)與信息融合。
眾所周知，可再生能源輸出功率依賴于天氣，隨機(jī)性強(qiáng)，具有間隙性和波動(dòng)性。而電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，需維持供電和用電的實(shí)時(shí)平衡，保證系統(tǒng)的**穩(wěn)定性。這就形成了一對(duì)矛盾。
目前，我國(guó)智能電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)之一是有功功率實(shí)時(shí)平衡，挑戰(zhàn)之二是發(fā)電資源和負(fù)荷地理分布不均衡。因此，構(gòu)建廣域電網(wǎng)仍將是我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
合理利用廣域可再生能源時(shí)空互補(bǔ)性可以實(shí)現(xiàn)能源網(wǎng)跨地理區(qū)域資源優(yōu)化配置，同時(shí)能有助于改善電網(wǎng)有功功率的瞬態(tài)平衡問題，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。
例如，中國(guó)科學(xué)院電工研究所此前開展的“我國(guó)廣域風(fēng)能時(shí)空互補(bǔ)性調(diào)查研究”結(jié)果顯示，較單個(gè)站點(diǎn)，廣域風(fēng)能時(shí)空互補(bǔ)后，功率滿發(fā)或?yàn)榱愕那闆r較少，總輸出功率波動(dòng)明顯減緩。所有區(qū)域互補(bǔ)后，廣域風(fēng)能輸出功率呈現(xiàn)“日高夜低”的波動(dòng)特性，發(fā)電功率峰值出現(xiàn)在下午15:00左右，與負(fù)荷波動(dòng)曲線呈一定相似性。在夏季，其功率與華東電網(wǎng)負(fù)荷的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.601。
各區(qū)域內(nèi)風(fēng)能互補(bǔ)后，其1分鐘時(shí)間尺度輸出功率波動(dòng)率相比單個(gè)站點(diǎn)下降48.8%、74.7%，10分鐘尺度風(fēng)電功率波動(dòng)下降56.6%、69.1%，已滿足或非常接近國(guó)家電網(wǎng)對(duì)接入風(fēng)電波動(dòng)率的要求。廣域風(fēng)能時(shí)空互補(bǔ)后，無(wú)需配置儲(chǔ)能或者配置很少容量的儲(chǔ)能便能滿足現(xiàn)行我國(guó)風(fēng)電的并網(wǎng)要求。
時(shí)空互補(bǔ)對(duì)未來(lái)可再生能源規(guī)模化利用將產(chǎn)生重大影響。如，節(jié)約區(qū)域線路傳輸容量，解決風(fēng)電遠(yuǎn)送;同一電網(wǎng)，可再生能源可滲透率增大;電網(wǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)備用容量需求減少;解決“三北”電網(wǎng)調(diào)峰難、棄風(fēng)過(guò)多的現(xiàn)象;功率輸出更加穩(wěn)定、預(yù)測(cè)精度提高。
未來(lái)，廣域可再生能源的時(shí)空互補(bǔ)技術(shù)的發(fā)展方向包括：未來(lái)可再生能源輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建;包含可再生能源電網(wǎng)的運(yùn)行方式;大電網(wǎng)不同時(shí)間尺度下儲(chǔ)能需求評(píng)估，跨區(qū)域多端直流輸電線路容量?jī)?yōu)化。風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)水互補(bǔ)解決“三北地區(qū)”棄風(fēng)過(guò)多的問題。風(fēng)光、風(fēng)水、風(fēng)光水打捆直流外送電力。多層次直流環(huán)網(wǎng)。
未來(lái)配電網(wǎng)應(yīng)能有效整合各種資源的時(shí)空互補(bǔ)性，可再生能源燃料、生物質(zhì)能、水電均是可調(diào)度能源，規(guī)模較大。因此，肖立業(yè)認(rèn)為，完善的輸配電網(wǎng)也許并不需要大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)將可能**于微網(wǎng)層面以保障用戶供電可靠性和實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。
電氣設(shè)備的重要意義
肖立業(yè)指出：“改變電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式、提升電氣設(shè)備的性能和研制新型電氣設(shè)備，對(duì)于解決電網(wǎng)的問題非常關(guān)鍵。特別是，基于新材料的新型電氣設(shè)備和具有自適應(yīng)功能的電氣設(shè)備，對(duì)于未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展具有重要意義。”
在肖立業(yè)看來(lái)，未來(lái)，電網(wǎng)運(yùn)行模式將逐步向直流轉(zhuǎn)變。因?yàn)橹绷鬏旊娋W(wǎng)不存在交流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題，適合于構(gòu)建超大規(guī)模電力網(wǎng)絡(luò)，特別適合于不穩(wěn)間歇性、不穩(wěn)定性電源的規(guī)模化接入，電網(wǎng)的運(yùn)行與電源動(dòng)態(tài)特性無(wú)關(guān)，可更加方便接入不同類型的電源。直流輸電距離遠(yuǎn)，單位輸送功率造價(jià)低，網(wǎng)絡(luò)損耗相對(duì)小，另一極發(fā)生故障時(shí)可單極運(yùn)行，對(duì)環(huán)境無(wú)電磁干擾，控制靈活等。
國(guó)內(nèi)外同行也有這樣的共識(shí)。2010年，中科院電工所**提出分層直流環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模式以構(gòu)建國(guó)家新能源電網(wǎng)。2012年，中國(guó)科學(xué)院咨詢項(xiàng)目“能源**中電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)和對(duì)策研究”報(bào)告中，針對(duì)未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)指出：“未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展將受到新能源電力發(fā)展和智能化技術(shù)發(fā)展的作用，對(duì)未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展模式影響*大的三項(xiàng)先進(jìn)/前瞻性技術(shù)是多端直流輸電技術(shù)、超導(dǎo)輸電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)。”2013年4月，美國(guó)麻省理工學(xué)院公布了未來(lái)可能改變世界的十大科學(xué)技術(shù)，直流電超級(jí)電網(wǎng)就是其中一項(xiàng)。
電氣設(shè)備是智能電網(wǎng)的重要組成部分，而材料是構(gòu)造電氣設(shè)備的物質(zhì)基礎(chǔ)，電氣設(shè)備的功能特點(diǎn)在某種程度上是由材料的性質(zhì)決定的。因此，采用新材料提升電氣設(shè)備的性能對(duì)于智能電網(wǎng)的發(fā)展非常重要。
綠色環(huán)保的新型材料在電網(wǎng)中應(yīng)用能夠有效降低電力建設(shè)對(duì)于環(huán)境的破壞;新型半導(dǎo)體材料能夠提升電力電子器件的性能，推動(dòng)電力電子技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展;新型節(jié)能材料應(yīng)用于輸變電工程能夠有效降低能量傳輸損耗并能產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益;新型能源材料能夠促進(jìn)電網(wǎng)用大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的發(fā)展;新型智能材料在電網(wǎng)中的應(yīng)用能夠提高電網(wǎng)的傳感檢測(cè)水平;新型電工絕緣材料能夠?yàn)楸ＷC電網(wǎng)的**性提供必要的支撐。
聚合智能微網(wǎng)
無(wú)論能源互聯(lián)網(wǎng)是一種什么概念，智能微網(wǎng)都是其中*重要的構(gòu)成單元。通過(guò)用戶-能源-電網(wǎng)區(qū)域范圍聚合智能微網(wǎng)，構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)，解決了大量分散資源參與的機(jī)制和運(yùn)行問題，激發(fā)更多商業(yè)模式。
針對(duì)規(guī)模化推廣分布式能源，尤其是高比例分布式可再生能源接入的系列問題，未來(lái)以智能微網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)將是發(fā)展方向。主要包括信息融合、能源融合和網(wǎng)架。信息融合是指通過(guò)信息-設(shè)備-網(wǎng)絡(luò)的廣域融合，實(shí)現(xiàn)信息的擴(kuò)展、融合、分析和挖掘，提供更多感知信息和決策;能源融合是通過(guò)多種能源相互補(bǔ)充和轉(zhuǎn)化，發(fā)揮不同供用能系統(tǒng)間的互動(dòng)和轉(zhuǎn)化能力，并充分利用電能需求、天然氣需求、供熱需求間的峰谷交錯(cuò)，既能改善可再生能源間歇性和隨機(jī)性的缺陷，也有利于提高能源綜合利用效率，增強(qiáng)運(yùn)行靈活性和互動(dòng)能力;網(wǎng)架是指通過(guò)基于多端直流的能量路由器互聯(lián)，將垂直網(wǎng)絡(luò)扁平化，釋放網(wǎng)絡(luò)更大的能源接入潛力和互動(dòng)能力。
肖立業(yè)指出，未來(lái)智能微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向是支撐區(qū)域智慧能源互動(dòng)的信息技術(shù)與系統(tǒng)、基于能量路由互聯(lián)的供能網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)和能源互聯(lián)網(wǎng)下的互動(dòng)、控制與管理。
目前，信息-能源-設(shè)備-電網(wǎng)從信息上仍然存在割裂，整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的信息孤島依然存在，需要信息-能源-設(shè)備-電網(wǎng)的融合;分布式能源和微網(wǎng)在生產(chǎn)過(guò)程和用戶用電過(guò)程中，信息不僅不完整且缺乏關(guān)聯(lián)和挖掘，阻礙其更加高效地融入系統(tǒng)并提供輔助服務(wù)。
支撐區(qū)域智慧能源互動(dòng)的信息技術(shù)與系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括分布式能源信息、電網(wǎng)生產(chǎn)管理信息、地**象信息的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)行、資產(chǎn)、維護(hù)等多維數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)，信息物理融合的計(jì)算、感知、控制、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與預(yù)防技術(shù)，能效管理與輔助決策。
交流網(wǎng)絡(luò)難以做到同一層相互連接，采用基于多端直流的能量路由器將能夠在同一層可挖地相互連通，轉(zhuǎn)移能量，釋放網(wǎng)絡(luò)更大的能源接入潛力和互動(dòng)能力。不僅在電網(wǎng)上打破結(jié)構(gòu)限制，并且在能源網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多能源間的互聯(lián)互濟(jì)。
基于能量路由互聯(lián)的供能網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)包括多能耦合能源互聯(lián)的建模和計(jì)算分析，能源互聯(lián)微網(wǎng)群的系統(tǒng)網(wǎng)架與規(guī)劃技術(shù)，能量路由器等關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)，大規(guī)模微網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定控制與運(yùn)行決策技術(shù)。
用戶/分布式能源具有生產(chǎn)者屬性，不僅需要主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)分布式能源進(jìn)行主動(dòng)控制和管理，也需要用戶/分布式能源/微網(wǎng)等主動(dòng)參與需求響應(yīng);大量信息數(shù)據(jù)和區(qū)域較大范圍聚合意味著變量大幅增加，目前控制和優(yōu)化模型均為簡(jiǎn)化模型，且難以保證*優(yōu)。
能源互聯(lián)網(wǎng)下的互動(dòng)、控制與管理的主要關(guān)鍵技術(shù)包括電力改革下微網(wǎng)與電網(wǎng)間互動(dòng)機(jī)制、業(yè)務(wù)架構(gòu)及仿真關(guān)鍵技術(shù)，微網(wǎng)群參與輔助服務(wù)的聚合優(yōu)化和控制，復(fù)雜互動(dòng)環(huán)境下全局優(yōu)化方法。
伴隨其清潔、高效、綠色用電的需求也日益增長(zhǎng)，用戶側(cè)的電動(dòng)汽車充電站、分布式儲(chǔ)能、熱電聯(lián)產(chǎn)、可再生能源等多類型新型用戶和能源有大量的接入需求。
微網(wǎng)群互聯(lián)和互動(dòng)構(gòu)成的能源互聯(lián)網(wǎng)將在滿足高度供電可靠性和高效率的前提下，為用戶側(cè)各類型用電設(shè)備和分布式能源提供良好的接入環(huán)境，并能夠充分利用用戶側(cè)資源，使電網(wǎng)和用戶共同受益。
