《電子技術(shù)應(yīng)用》
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新能源催生新需求 中央電網(wǎng)不可或缺

2017-09-03

  能源互聯(lián)網(wǎng)可以視為智能電網(wǎng)的再延伸,它的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更為靈活,開放性進(jìn)一步提高,不僅信息流可以雙向流動,能量流、價值流都可以實現(xiàn)雙向交互。

  每天,世界各地的人們波動開關(guān),點亮一盞燈或者打開電視機(jī),這些行為不需要規(guī)劃或者深謀遠(yuǎn)慮,但是這個簡單的動作所引發(fā)的電力流動與信息流動,卻有可能覆蓋了整個電力網(wǎng)絡(luò),需要電力系統(tǒng)整體做出反應(yīng)。

  在傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)體系中,電力從發(fā)電廠到達(dá)用戶所住的房子,必須先流經(jīng)數(shù)百甚至上千公里的高壓線,經(jīng)過變電站,進(jìn)入配電網(wǎng),通過一系列的傳輸設(shè)備。最初,為了滿足所有用戶的用電需求,電網(wǎng)企業(yè)往往要根據(jù)高峰用電需求設(shè)計電網(wǎng)容量,由此建造出龐大的電網(wǎng)體系。為了提高電網(wǎng)資產(chǎn)的運(yùn)行效率,智能電網(wǎng)得以誕生,在信息系統(tǒng)的幫助下,電網(wǎng)企業(yè)可以與用戶進(jìn)行互動,讓需求側(cè)管理成為可能。再后來,可再生能源發(fā)電技術(shù)變得成熟,分布式電源興起,這要求電網(wǎng)系統(tǒng)再次做出調(diào)整與改進(jìn),向能源互聯(lián)網(wǎng)邁進(jìn),此時,用戶與電網(wǎng)之間的關(guān)系也發(fā)生了翻天覆地的變化,他們不再僅僅是消費者,同時也是生產(chǎn)者和協(xié)調(diào)者,電網(wǎng)中的每一個節(jié)點都對電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生了正向意義。

  新能源催生新需求

  第二次工業(yè)革命以來,世界各國為了滿足工業(yè)化發(fā)展需求,普遍修建了巨大的電力傳輸系統(tǒng),堪稱人類有史以來最大的人造工程。這個時候的電力傳輸模型還很簡單,由發(fā)電廠利用化石能源或者核燃料集中發(fā)電,然后經(jīng)由一個中央電網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸給用戶。

  到了21世紀(jì)初,電網(wǎng)老舊問題與消費者不斷增長的用電需求產(chǎn)生了越來越大的矛盾,進(jìn)一步增加電網(wǎng)投資,按照最大負(fù)荷需求設(shè)置電網(wǎng)容量的基建模式受到質(zhì)疑,于是產(chǎn)生了智能電網(wǎng)概念,即將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成,形成電網(wǎng)2.0版本,用以優(yōu)化電力資源配置,確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。智能電網(wǎng)的特性主要包括三個方面:第一,堅強(qiáng)可靠,智能電網(wǎng)被要求在發(fā)生擾動甚至極端故障時仍然能夠保持向用戶供電的能力;第二,經(jīng)濟(jì)高效,主要是提高電網(wǎng)運(yùn)行和輸送效率,降低運(yùn)營成本;第三也是最重要的一點為友好互動,智能電網(wǎng)應(yīng)該能夠通過與用戶的雙向互動實現(xiàn)電力流的靈活調(diào)整,促進(jìn)發(fā)電企業(yè)和用戶主動參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié),即高效率、低成本地實現(xiàn)需求側(cè)管理目標(biāo)。

  在美國和歐洲,智能電網(wǎng)建設(shè)更多地關(guān)注配電領(lǐng)域,其“終極設(shè)想”是建立智能用電社區(qū),具體而言,就是采用光纖復(fù)合電纜通信或電力線載波通信等技術(shù),構(gòu)造覆蓋整個社區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò),通過用電信息采集、社區(qū)配電自動化、智能家居等技術(shù),對用戶用電設(shè)備、公共用電設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測、分析與控制,用系統(tǒng)思維提高電能的終端利用效率。但是在中國,智能電網(wǎng)的概念要更為廣泛一些,因為電力生產(chǎn)和電力需求在地理分布上存在嚴(yán)重的不均衡現(xiàn)象,中國的智能電網(wǎng)需要更多地關(guān)注輸電領(lǐng)域,把特高壓電網(wǎng)的發(fā)展融入其中,保證電網(wǎng)的安全、可靠和穩(wěn)定。

  2010年前后,隨著風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)不斷成熟,對電網(wǎng)建設(shè)又提出了新的要求,那就是滿足可再生能源發(fā)電的友好接入需求。于是,新電網(wǎng)的特征又增加了一條:清潔環(huán)保、透明開放,電網(wǎng)應(yīng)無歧視地支持風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電的大規(guī)模正確接入。這樣,就產(chǎn)生了能源互聯(lián)網(wǎng),乃至全球能源互聯(lián)網(wǎng)的概念。

  能源互聯(lián)網(wǎng)可以視為智能電網(wǎng)的再延伸,是電網(wǎng)的3.0版本,它的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更為靈活,以信息的雙向流動和數(shù)據(jù)交互為前提,整個電網(wǎng)系統(tǒng)的開放性進(jìn)一步得到提升,一方面要實現(xiàn)集中式和分布式可再生能源發(fā)電、儲能設(shè)備、電動汽車以及相關(guān)用能裝置的即插即用;另一方面是創(chuàng)造一個開放的商業(yè)形態(tài),能量流、價值流都可以實現(xiàn)雙向交互,電力生產(chǎn)和消費的邊界逐漸模糊,所有社會單位都成為了能源可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)者。

  中央電網(wǎng)不可或缺

  自聯(lián)合國《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》正式達(dá)成以來,世界各國、各個領(lǐng)域都在為實現(xiàn)這一目標(biāo)而努力,能源行業(yè)作為社會運(yùn)轉(zhuǎn)的動力來源,自然受到了重點關(guān)注。依照目前的技術(shù),能源可持續(xù)發(fā)展不可能建立在傳統(tǒng)的化石能源基礎(chǔ)之上,而必須訴諸于可再生能源。

  在建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程中,很多能源、科技公司都提供了不錯的解決方案,例如美國特斯拉開發(fā)的能量墻(Powerwall)系統(tǒng)可以讓一個家庭更好地利用太陽能供給自己的能源需求。然而,這種分布式發(fā)電系統(tǒng)并不能滿足全社會的用電需求,比如在美國德克薩斯州達(dá)拉斯市這種高濕度地區(qū),在夏天,下午五點左右,人們開始離開辦公室回家,在一天中最熱的時間段走進(jìn)一所大房子,立即要把整個房子的空調(diào)都開到最大,這種短時間內(nèi)的巨大電能需求,目前的分布式發(fā)電系統(tǒng)還無法滿足。如果給這些系統(tǒng)加裝更多的儲能裝置,經(jīng)濟(jì)性方面就會大打折扣。而且,獨立的分布式發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)的電能質(zhì)量很容易因為天氣原因而受到影響。

  我們所真正需要的,是一種“混合”發(fā)電模式:家庭、商場、醫(yī)院等社會微單元可以建立自己的分布式可再生能源發(fā)電系統(tǒng),但同時應(yīng)該由中央電網(wǎng)提供集中式的電力供應(yīng),為所有微系統(tǒng)提供電能補(bǔ)充,并在微系統(tǒng)之間進(jìn)行電力平衡與再分配。這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的好處在于,第一,能源供給日益分散化,需求響應(yīng)會更加靈活和智能化;第二,所有微系統(tǒng)與中央電網(wǎng)協(xié)同運(yùn)作,可以保證供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性。這種敏捷的電網(wǎng)結(jié)構(gòu),有助于全社會最大限度地提高可再生能源的消費占比。

  現(xiàn)如今,傳播學(xué)界的“先知”性人物馬歇爾˙麥克盧漢曾經(jīng)預(yù)言的“地球村”概念已經(jīng)實現(xiàn),舊的價值體系已經(jīng)崩潰,新的體系正在建立,一個人人參與的、新型的、整合的社會出現(xiàn)在我們面前,這為能源互聯(lián)網(wǎng)以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)的興起和蓬勃發(fā)展提供了沃土。廣泛聯(lián)系的中央電網(wǎng),為世界各地的居民方便地分享可再生能源提供了可能,盡管由于自然和地理條件限制,有些地區(qū)的分布式發(fā)電系統(tǒng)容量小、運(yùn)行也不夠穩(wěn)定,缺乏靈活性與可控性,但經(jīng)過中央電網(wǎng)的集中調(diào)控,可以保證每個社會微單元都能夠獲得高品質(zhì)的電能?;蛘呖梢該Q一種說法,在“地球村”的大環(huán)境下,每一個“村民”都能夠以環(huán)保方式和較低的成本生產(chǎn)低品質(zhì)的電力,然后將其輸送到中央電網(wǎng)中,再從中央電網(wǎng)獲得高品質(zhì)的、足以滿足日常生活的電能。


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