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)。中國工程院院士余貽鑫在“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與能源服務模式交流會”上闡述了對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)及智能電網(wǎng)的看法。
當下,智能化技術正在從科技向產(chǎn)業(yè)滲透,隨著各種先進技術在電網(wǎng)中的廣泛應用,智能化已成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。國際上各國對未來電網(wǎng)發(fā)展模式存在不同理解,行程不同的發(fā)展方向和技術路線,對于智能化的定義和方向同樣存在不同的聲音。
余貽鑫認為,從特點來看,智能電網(wǎng)是電力和信息的雙向流動性,以便建立一個高度自動化(智能化)的和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡。
智能電網(wǎng)依賴分布式能源的步伐
“未來預測大師”Rifkin(里夫金)宣稱,人類社會必將邁進一個新時代,屆時可再生能源和互聯(lián)網(wǎng)技術將融合以創(chuàng)造一套強大的新基礎設施,即他所謂的第三次工業(yè)革命。
在這一愿景中,數(shù)以億計的人們會從他們家中、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)在我們在線創(chuàng)造和共享信息。
“能源革命的實現(xiàn)高度依賴于未來高比例分布式(特別是可再生的)能源的開發(fā)與利用?!庇噘O鑫指出這一觀點背后的邏輯,同時認為,當下面臨的最具挑戰(zhàn)性的問題就是,風能和太陽能的間歇性、多變性和不確定性以及儲能價格的昂貴。
從風電和光伏的特點來看,暫時不能單獨運行,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、分布式儲能和小型燃油燃氣發(fā)電等。為此需要一個功能合理的現(xiàn)代電網(wǎng),來集成高比例的太陽能和風能,并提高能源脫碳、轉化與利用過程的效率。
首先,潛在的分布式電源不容忽視,需要需求響應與負荷控制的進一步完善。我國工業(yè)用電的節(jié)省潛力巨大。與此同時第三產(chǎn)業(yè)負荷和居民負荷具有可平移(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),有助于高比例風光發(fā)電的更好消納。
其次,電動汽車是重要的分布式儲能電動汽車持續(xù)快速增長,據(jù)預測2030年電動汽車的保有量將高達8000萬輛,電池容量約24億kWh;電氣車輛不僅是一個大功率的電器(7kW充電4h),同時也可成為電網(wǎng)中蓄能裝置。
“管理好這些移動的儲能設備,可為大規(guī)模風光消納奠定堅實的基礎。此外,以燃氣、電力、供熱、制冷、友好排放優(yōu)化配置為例,燃氣為主的分布式能源系統(tǒng)能源利用率將在80以上%?!庇噘O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政府推動電力公司使電網(wǎng)更安全更可靠。而此次的驅動力則更加強勁,主要是能源壓力、氣候和環(huán)境問題、數(shù)字化社會對電能質量、供電可靠性、系統(tǒng)運行的安全性和韌性(防范小概率但會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)將構成智能城市的基礎設施。從這一概念來看,智能電網(wǎng)是集成的能量與信息系統(tǒng),即萬物互聯(lián)的網(wǎng)絡?!庇噘O鑫指出。
此外,他還特別強調,智能電網(wǎng)是分級分群的分布式基礎設施。智能電網(wǎng)一個很重要的核心基本理念,就是建設像互聯(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,支持技術創(chuàng)新,接受產(chǎn)銷客戶的崛起,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)在四個方面:
一是開放,即基于互操作性標準,即插即用;
二是對等,即能量自治單元之間的對等互聯(lián);
三是協(xié)作,實現(xiàn)相互支援;“第三次工業(yè)革命帶來的能源互聯(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的命令和控制機制”;
四是共享,即以分散式的局部最優(yōu)實現(xiàn)全局能量管理的優(yōu)化調度。
余貽鑫特意強調了分級的“群集”理念。“為了抓住未來的機遇,我提出如下的設想:未來的配電網(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,都將配有能量管理系統(tǒng)(Energy Management System,EMS)并按照‘群集’理念實現(xiàn)各自近實時的功率平衡?!?/p>
一是電力網(wǎng),二是通信網(wǎng),兩者要融合在一起。而為了實現(xiàn)時時交換信息和達到社會層次上的供需平衡,需要把分布式計算、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等引入電網(wǎng)。
設想中的智能電網(wǎng)將像互聯(lián)網(wǎng)那樣改變人們的生活和工作方式,并激勵類似的變革?!暗怯捎谥悄茈娋W(wǎng)本身的復雜性,涉及廣泛的利益相關者,需要漫長的過渡、持續(xù)的研發(fā)和多種技術的長期共存。短期內可以著眼于實現(xiàn)一個較為智能的電網(wǎng),利用已有的或即將可以配置的技術使目前的電網(wǎng)更有效,在提供優(yōu)質電力的同時,還可以創(chuàng)造較大的社會效益”。