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智能电网是电力和信息双向流动性的能量交换网络

2019-09-09

  智能电网本身就是一种物联网,尤其是智能电网的配电部分更是泛在物联网。中国工程院院士余贻鑫在“泛在电力物联网与能源服务模式交流会”上阐述了对泛在电力物联网及智能电网的看法。

  当下,智能化技术正在从科技向产业渗透,随着各种先进技术在电网中的广泛应用,智能化已成为电网发展的必然趋势。国际上各国对未来电网发展模式存在不同理解,行程不同的发展方向和技术路线,对于智能化的定义和方向同样存在不同的声音。

  余贻鑫认为,从特点来看,智能电网是电力和信息的双向流动性,以便建立一个高度自动化(智能化)的和广泛分布的能量交换网络。

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  智能电网依赖分布式能源的步伐

  “未来预测大师”Rifkin(里夫金)宣称,人类社会必将迈进一个新时代,届时可再生能源和互联网技术将融合以创造一套强大的新基础设施,即他所谓的第三次工业革命。

  在这一愿景中,数以亿计的人们会从他们家中、办公室和工厂的可再生能源中生产绿色电力,并在“能源互联网”中它们彼此共享,就像现在我们在线创造和共享信息。

  “能源革命的实现高度依赖于未来高比例分布式(特别是可再生的)能源的开发与利用。”余贻鑫指出这一观点背后的逻辑,同时认为,当下面临的最具挑战性的问题就是,风能和太阳能的间歇性、多变性和不确定性以及储能价格的昂贵。

  从风电和光伏的特点来看,暂时不能单独运行,需要采用功率平滑措施,其中包括:大电网的吸纳、需求响应、分布式储能和小型燃油燃气发电等。为此需要一个功能合理的现代电网,来集成高比例的太阳能和风能,并提高能源脱碳、转化与利用过程的效率。

  首先,潜在的分布式电源不容忽视,需要需求响应与负荷控制的进一步完善。我国工业用电的节省潜力巨大。与此同时第三产业负荷和居民负荷具有可平移(电网友好用户)的充分潜能,这种能力有助于降低电网的峰谷差率(从而提高电力资产的利用率和能源效率),和在紧急情况下支援电网,有助于高比例风光发电的更好消纳。

  其次,电动汽车是重要的分布式储能电动汽车持续快速增长,据预测2030年电动汽车的保有量将高达8000万辆,电池容量约24亿kWh;电气车辆不仅是一个大功率的电器(7kW充电4h),同时也可成为电网中蓄能装置。

  “管理好这些移动的储能设备,可为大规模风光消纳奠定坚实的基础。此外,以燃气、电力、供热、制冷、友好排放优化配置为例,燃气为主的分布式能源系统能源利用率将在80以上%。”余贻鑫向记者表示。

  如何管好广泛分布式

  目前电网的智能化可以被认定为是“电网2.0”,而电网的第一次智能化,是由于大停电促使美国政府推动电力公司使电网更安全更可靠。而此次的驱动力则更加强劲,主要是能源压力、气候和环境问题、数字化社会对电能质量、供电可靠性、系统运行的安全性和韧性(防范小概率但会造成巨大损失的事件)的高要求。

  “城市智能电网本身和它的通讯系统将构成智能城市的基础设施。从这一概念来看,智能电网是集成的能量与信息系统,即万物互联的网络。”余贻鑫指出。

  此外,他还特别强调,智能电网是分级分群的分布式基础设施。智能电网一个很重要的核心基本理念,就是建设像互联网一样智能的电网,充分体现互联网精神,从而能够充分利用可再生能源的潜力,支持技术创新,接受产销客户的崛起,并集成纳米电网、迷你电网和微网。

  而互联网精神在智能电网上的表现体现在四个方面:

  一是开放,即基于互操作性标准,即插即用;

  二是对等,即能量自治单元之间的对等互联;

  三是协作,实现相互支援;“第三次工业革命带来的能源互联网中可再生能源的分布式特性需要的是协作而不是集中或分级的命令和控制机制”;

  四是共享,即以分散式的局部最优实现全局能量管理的优化调度。

  余贻鑫特意强调了分级的“群集”理念。“为了抓住未来的机遇,我提出如下的设想:未来的配电网、微网、建筑单元(大楼、工厂和住宅等)与输电系统的差异将逐步消失,具有本地发电和双向电力潮流的特点,都将配有能量管理系统(Energy Management System,EMS)并按照‘群集’理念实现各自近实时的功率平衡。”

  一是电力网,二是通信网,两者要融合在一起。而为了实现时时交换信息和达到社会层次上的供需平衡,需要把分布式计算、云计算、大数据、人工智能等引入电网。

  设想中的智能电网将像互联网那样改变人们的生活和工作方式,并激励类似的变革。“但是由于智能电网本身的复杂性,涉及广泛的利益相关者,需要漫长的过渡、持续的研发和多种技术的长期共存。短期内可以着眼于实现一个较为智能的电网,利用已有的或即将可以配置的技术使目前的电网更有效,在提供优质电力的同时,还可以创造较大的社会效益”。