未來電網(wǎng)
綠色、安全與經(jīng)濟(jì)必須考量
資源緊張、環(huán)境污染、氣候變化,這三大人類共同面對的問題,不斷加劇著生存的緊迫感,也推動世界能源生產(chǎn)消費轉(zhuǎn)型的巨輪加速轉(zhuǎn)動。關(guān)于能源變革的呼吁由來已久,小到個人的節(jié)約行為,大到國家的發(fā)展戰(zhàn)略,走綠色可持續(xù)發(fā)展的道路已經(jīng)達(dá)成全球共識。在剛剛開幕的里約奧運會的開幕式上,當(dāng)寓意森林的綠色五環(huán)緩緩從地面“長出”時,我們都能感受到一個國家對于綠色發(fā)展的深刻認(rèn)知和熱切呼喚。
會議上,江蘇電網(wǎng)今夏負(fù)荷屢創(chuàng)新高的消息獲得關(guān)注。得益于特高壓工程,西部的清潔電不斷地輸送到江蘇這個負(fù)荷大省。有數(shù)據(jù)表明,江蘇使用的每4度電中,就有1度電是來自西部的清潔電。
“來的是遠(yuǎn)方清潔電,使本地煤電發(fā)電量減少,意味著霧霾也相應(yīng)減少了四分之一。”聽到這個消息,國網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽院長、中國工程院院士薛禹勝非常欣喜,“這一切如果沒有堅強電網(wǎng)的支撐,不可能實現(xiàn)長距離電能傳輸。輸電線路太重要了,怎樣做好維護(hù)工作,使它在任何情況下都不會影響民眾用電需求,是值得研究的問題?!?/p>
毫無疑問,可再生能源已經(jīng)進(jìn)入人們的生活。屋頂上的光伏板,海邊建起的風(fēng)電場,當(dāng)越來越多“不聽話”的可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng),對未來電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。
“隨著人口增長、電動汽車和可再生能源的發(fā)展,需要建設(shè)更具彈性、安全、可靠、高效的電網(wǎng),以滿足社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要?!彪姎馀c電子工程師學(xué)會電力與能源協(xié)會秘書長、美國聯(lián)邦能源監(jiān)管會高級顧問卞建華說。
如何在輸配系統(tǒng)中有效使用可再生能源?如何更好地實現(xiàn)可再生能源電力的遠(yuǎn)程輸送?如何可靠和高效地管理微網(wǎng)?儲能如何為可再生能源的間歇性提供完整的解決方案?配電系統(tǒng)運營商的福利和條件是什么?這些將是未來電網(wǎng)面臨的問題。
對未來大電網(wǎng)安全性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)注,是此次會議的重頭戲。專家們介紹了許多前沿技術(shù),用于降低多種電源接入電網(wǎng)后帶來的風(fēng)險。美國工程院院士安然˙博斯從輸電、配電、用電三個層面提出為保障電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運行需執(zhí)行的相應(yīng)措施;英國曼徹斯特大學(xué)教授弗拉基米爾˙特茲亞分享了英國電力系統(tǒng)大停電的防御對策;德國TUV萊茵集團(tuán)專家德克˙羅伊夫斯特克分享了德國智能電網(wǎng)通信、信息安全和檢測的相關(guān)經(jīng)驗……
仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)建模、綜合防御體系、虛擬同步機(jī)等技術(shù)支撐讓電網(wǎng)更加靈敏和智能,技術(shù)的成熟也為可再生能源開發(fā)及使用成本的降低奠定了基礎(chǔ)。
“應(yīng)該不斷降低成本,使可再生能源發(fā)電與煤電價格相比具有同等競爭力?!毖τ韯僭菏勘硎荆踩院徒?jīng)濟(jì)性是必須考量的因素,舉例來說,現(xiàn)在美國的光伏發(fā)電約4美分1度電,如果價格進(jìn)一步降低,將給可再生能源帶來更大的發(fā)展空間。
因地制宜
一攬子解決方案更受歡迎
智能電網(wǎng)概念起源于美國,其重點在于提升電網(wǎng)安全可靠性,歐洲注重可再生能源接入的環(huán)保問題,韓國則借用IT技術(shù)優(yōu)勢推動“綠色電力IT”項目。相比之下,我國則是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ),利用先進(jìn)的通訊、信息和控制技術(shù),構(gòu)建以信息化、自動化、數(shù)字化為特征的堅強智能電網(wǎng)。
雖然側(cè)重點不同,但各國都根據(jù)本國實際情況,探索最合適的未來電網(wǎng)發(fā)展道路。
以巴西為例,與中國一樣,巴西也存在著能源中心與負(fù)荷中心分布不均衡的狀況。巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學(xué)教授毛里齊奧˙阿雷德斯表示,這種能源資源稟賦決定了大容量遠(yuǎn)距離交直流輸電技術(shù)在巴西電網(wǎng)中的必要性,由此帶來的電網(wǎng)保護(hù)和調(diào)度運行控制問題,則是他們重點研究的方向。
在英國,大規(guī)模分布式能源接入電網(wǎng)后,電網(wǎng)運營者同樣面臨著頻率管理、電壓管理等方面的挑戰(zhàn)。英國國家電網(wǎng)公司代表張勝祥分析了未來電網(wǎng)運行框架,提出由調(diào)度機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)全網(wǎng)所有資源來滿足電力系統(tǒng)的要求,給出需求側(cè)管理、提高發(fā)電靈活性、電網(wǎng)互聯(lián)等解決方案。
在中國,國家電網(wǎng)公司在可再生能源技術(shù)方面的實踐,給國際電工委員會前副主席恩諾˙里斯留下了深刻印象?!皣绎L(fēng)光儲輸示范工程中,各種不同的儲能系統(tǒng)安裝在實驗室里,通過對比分析確定其適合發(fā)展的領(lǐng)域,這確實令人印象深刻?!?/p>
隨著智能電網(wǎng)技術(shù)實踐逐步落地,人們充分認(rèn)識到,這將是未來解決能源問題的關(guān)鍵點,它將以最小的環(huán)境和資源成本,更加高效、便捷地滿足日益增長的電力需求。同時,智能電網(wǎng)是環(huán)環(huán)相扣的復(fù)雜整體,只有多種技術(shù)共同發(fā)展,不斷探究各種可能性,才能更好地適應(yīng)未來變化。
“在我看來,儲能是未來電網(wǎng)非常重要的一門技術(shù),不知道這個問題您怎么看?”會議上,面對觀眾的提問,美國國家可再生能源實驗室電力系統(tǒng)工程中心主任本˙克羅伯斯基傳遞了這樣一個理念,他認(rèn)為儲能的確是未來電網(wǎng)解決方案中的一種,但卻不是唯一的解決方案。作為研究人員,應(yīng)全面考量各種可能性,選出最合適的電網(wǎng)解決方案。這與薛禹勝院士的觀點不謀而合。
“解決能源問題不是單靠某種解決方案就能實現(xiàn)的?!毖τ韯僭菏吭诮邮懿稍L時表示,當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn),比如多種電源出力平衡與互補的問題,提升負(fù)荷預(yù)測能力的問題及電動汽車如何更加智能化、雙向互動的問題。他表示,未來電網(wǎng)的變革性發(fā)展,必須形成一個全面的解決方案,將所有可能應(yīng)用的技術(shù)充分融合,同時用盡可能小的經(jīng)濟(jì)成本,發(fā)掘電網(wǎng)發(fā)展的更多可能性。
創(chuàng)新探索
讓智能電網(wǎng)走在世界前列
當(dāng)前,中國全面實施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略,提出建設(shè)世界科技強國的目標(biāo),中國倡導(dǎo)推動構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng),在世界范圍引起廣泛關(guān)注,形成重要共識。能源互聯(lián)的大趨勢,為清潔能源快速發(fā)展帶來機(jī)遇,也促進(jìn)相關(guān)技術(shù)研究和國際交流的廣泛開展。
“在大電網(wǎng)運行控制方面,中國已經(jīng)走在世界前列?!蹦先鸺瘓F(tuán)負(fù)責(zé)人在接受采訪時自信滿滿。這源于技術(shù)創(chuàng)新的底氣。本次會議依托的南瑞集團(tuán)國家重點實驗室是我國第一個智能電網(wǎng)保護(hù)與運行控制方面的重點實驗室,圍繞繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定、智能調(diào)度和變電站自動化等四個方向,攻克了智能電網(wǎng)諸多關(guān)鍵技術(shù)和運行中的重大技術(shù)難題。
今年7月,由南瑞集團(tuán)承擔(dān)的我國首個系統(tǒng)保護(hù)試點工程——“華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)”投入運行,有效保障了華東電網(wǎng)汛期西南清潔能源大送電期間的安全穩(wěn)定運行。以該項目在江蘇實施的國內(nèi)首套大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)為例,將大電網(wǎng)的事故應(yīng)急處理時間從原先的分鐘級提升至國際領(lǐng)先的毫秒級,傳統(tǒng)電網(wǎng)緊急事故情況下“一刀切”停電的時代一去不復(fù)返。
技術(shù)創(chuàng)新讓電網(wǎng)更加安全與智能。近年來,國家電網(wǎng)公司大力推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建,持續(xù)開展全球能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)研究,電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制、大電網(wǎng)運行狀態(tài)感知和故障診斷等技術(shù)取得重大進(jìn)展。實現(xiàn)電網(wǎng)實時監(jiān)測從穩(wěn)態(tài)到動態(tài)、電網(wǎng)分析從離線到在線、電網(wǎng)控制從單獨到協(xié)同、電網(wǎng)調(diào)度從局部到全局的重要技術(shù)進(jìn)步。
同時,在長距離大容量輸電技術(shù)上,中國也處于世界領(lǐng)先水平。“超高壓和特高壓直流輸電在中國的長距離輸電中已經(jīng)廣泛應(yīng)用,最高電壓等級已達(dá)1100千伏?!眹摇扒擞媱潯睂<也芫硎?,中國已經(jīng)掌握了特高壓直流和VSC直流大部分應(yīng)用和測試技術(shù),中國提出的全球和洲際能源互聯(lián)也已展開工作。
技術(shù)創(chuàng)新的豐碩成果,是國際交流合作繁榮局面的保證。在IEC標(biāo)準(zhǔn)制定方面,中國身影非?;钴S。國際電工委員會前副主席恩諾˙里斯在演講中提到的數(shù)字令人記憶猶新,迄今約有400位中國專家參與了IEC標(biāo)準(zhǔn)化工作。
未來的電網(wǎng)究竟什么樣,在技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天,任何可能性都存在。傳統(tǒng)電網(wǎng)的蛻變,需要一個過程。但我們相信,通過各方努力,未來電網(wǎng)終將以安全、清潔、高效、智能的姿態(tài),為人們送上更加便捷貼心的服務(wù),引領(lǐng)人類在可持續(xù)發(fā)展的綠色道路上不斷前行。