| 查看: 963 | 回复: 0 | |||
kdbaj66金虫 (小有名气)
|
[交流]
能源革命下，电力系统该怎么玩耍？
|
|
纵观历史进程，第一次工业革命以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志，第二次工业革命以电器的广泛应用最为显著，正是伴随着能源利用方式的改变，人类从蒸汽时代进入电气时代。当前，融合信息技术、互联网技术和新能源技术的新一轮能源革命，正在引领第三次工业革命的浪潮。作为能源革命战略支点的能源互联网，是以电力系统为核心与纽带，将互联网与能源生产、传输、存储、消费以及市场进行深度融合的能源产业发展新形态。其中，电力系统是由发电设备、输配电设备和用电设备等组成的电能生产与消费系统，是人类到目前为止构建的最庞大、最复杂的系统。“潮平两岸阔，风正一帆悬”，在能源互联网的大潮下，电力系统将处于不断地发展和变化之中，应抓住机遇，勇担挑战，乘风破浪。一、未来电力系统发展的新趋势1882年，爱迪生公司在纽约建成世界上第一座正规的直流电站及其供电系统，可以认为是人类首个真正意义上的电力系统。历经百年发展，电力系统的规模和结构形态发生了很大的变化，成为现代能源体系的重要组成部分。在发展能源互联网的新形势下，未来电力系统将具有设备智能、信息对称、供需分散、系统扁平、柔性开放等主要特征，并呈现如下发展的新趋势。 1.1 可再生能源将成为电力系统中主要的一次能源 传统电力系统以煤炭、石油、天然气能等传统能源作为一次能源。未来，我国乃至全球范围内的能源消费总量将持续增长且波动性日益扩大，传统化石能源将受到资源制约，可再生能源的供应成本将持续下降，加之长期消耗化石能源带来的气候变暖和环境恶化问题越来越严重，发展可再生能源成为世界各国解决能源问题、实现经济可持续发展、应对气候变化的重要途径之一。《中美气候变化联合声明》明确提出了我国计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右这一目标。由于可再生能源的主要利用方式是发电，因此高渗透率的可再生能源将成为未来电力系统中主要的一次能源。 1.2 电力系统将与信息系统高度融合 电力系统的信息化是未来电力系统智能化的基础。未来电力系统与信息系统的融合，将借助于骨干传输网光纤、电力线载波和无线专网等统一电力通信专网的建设以及计算机技术、通信技术、云计算技术和大数据技术的应用，实现测量设备的互联互通，从而对电力系统进行在线监测、智能诊断、实时控制及运维管理等；实现电力系统与用户双向互动及信息对称，从而使电力消费者逐渐参与到电力系统的运行和互操作中；实现用电信息数据的快速提取，从而为电能质量监测、用户用电行为分析、科学用电指导、节能减排实施、能源结构优化等提供理论依据；实现能源互联网资源的优化配置，从而为建设能源互联网提供基础的信息交互和智能服务。 1.3 电力系统将进一步电力电子化未来电力系统中，由于可再生能源的广泛推广和并网，电源侧将进一步电力电子化；由于采用高压直流输电、柔性输电和高效灵活的配电技术，输配电网侧将进一步电力电子化；由于电力消费者对高效用电、智能用电的追求，以及分布式储能和电动汽车等的使用，用户侧也将进一步电力电子化。总之，电力电子技术将广泛应用于未来电力系统的发、输、配、储、用环节，源和负荷多数将电力电子化，这是未来电力系统一次侧的重大变革。此外，能源互联网也将催生固态变压器、固态开关和能源路由器等新一代面向未来电力系统应用的电力电子装置和系统。 1.4 电力系统将实施规模化、价格驱动的需求响应 从2010年底开始，我国出台了一系列关于需求响应的政策与规定，已经形成了政府为主导、电网公司为实施主体、电力用户参与的格局，并取得了一定的经济效益和社会效益。只不过，传统电力系统是基于电网企业相关业务应用系统，建设需求响应平台，通过行政、经济和技术手段对部分终端用户负荷进行控制，以应对电网负荷尖峰、削减负荷、解决电网薄弱环节过载等问题，实现“源网协调”和“网荷互动”。通过需求响应实现有序用电，在保障电力系统安全运行和维护用电秩序方面发挥了重要的作用，但是需求响应的价值并未得到充分体现。而未来电力系统将充分考虑电力系统的经济性原则，发展依靠市场价格去实现需求响应，消费侧用户能够根据自身的用电情况与价格响应信号，调整自身的用电行为，积极参与到电力市场中，实现电力系统纵向“源-网-荷-储”双向互动发展，以达到最大限度消纳利用可再生能源，协调优化电力能源需求与供给以及优化配置资源的目的。通过实施需求侧管理，未来电力系统将建成供需互动的用电系统，引导用户能源消费新观念，实现电力节约和移峰填谷；适应分布式电源、电动汽车、储能等多元化负荷接入需求，打造清洁、 安全、便捷、有序的互动用电服务平台。 1.5 电力系统将成为能源互联网的核心与纽带能源互联网从系统组成来看，是由电力系统、交通系统、天然气和石油系统等能源网络与信息网络紧密耦合而成，而电力由于具有高效、快速的传输性质，使其成为能源互联网中各类能源互联互通的纽带与接口。在能源互联网框架下，垂直刚性集中的传统电力系统结构将被扁平互联发散的新型电力系统结构所取代，成为保证分布式电源、分布式储能和电动汽车等接入以及能量流、信息流双向交互的重要支撑，是构建能源互联网重要的切入点和着力点。 二、未来电力系统如何应对能源互联网的发展大潮 未来电力系统将是能源互联网的核心与纽带，是构建能源互联网重要的切入点和着力点，在能源互联网的发展大潮下，需突破思路，转变思维，积极拥抱。在电源侧，随着大规模可再生能源的接入，其间歇性、波动性分散性、发电方式多样性等特点，使其发电出力具有较大的不确定性；在需求侧，随着分布式储能、电动汽车的大规模普及，电力消费也将呈现较大的波动性。从而，电力系统将呈现出较强的供需双侧随机性。从改变电力系统结构和运行模式入手，是解决未来电力系统问题和应对未来挑战的重要手段。在电力系统结构方面，由于电力资源与负荷资源的地理分布不匹配，因而需要借助交、直流特高压输电发展规模适当的大电网，实现区域电网互联，提高供电可靠性和安全性；同时，由于可再生能源具有分散性，因而需要因地制宜地发展分布式发电和微型电网，就地利用电力资源，实现资源优化配置。从而，未来电力系统的结构将是大电网与微电网共存，不同层次电网、不同区域电网互联的状况。在电力系统运行模式方面，电力系统需要由刚性向柔性转变，基于电力电子技术在电力系统发、输、变、配、用等各个环节中的应用，获得可控性好、形式多样的发电系统，潮流可控、安全稳定的输电系统，模式多样、质量可控的配电系统，调节性好、高效节能的用电系统。大电网与微电网互联共存、柔性智能运行的未来电力系统，将能承受供需双侧不确定性对系统的冲击，保证系统的安全可靠高效运行。此外，随着新电改的进一步推动，电力市场的竞争将拉开大幕，要想在市场的浪潮中居于不败之地，电力系统不能固步自封，应顺应能源互联网和电力市场的发展趋势，转变思维，为消费侧用户提供丰富的综合电力能源服务。未来电力系统应借助能源互联网的发展，通过安装智能电表等智能监测设备，使用电设备向数字化、网络化、智能化的方向发展；通过广泛应用云计算、多维度数据采集技术和大数据技术，了解用户形式多样的电力能源诉求，再有针对性地为用户定制创新的综合电力能源解决方案，发展家庭能效管理等新型业务。通过开放性、互动性、实时性的平台，未来电力系统需创新个性化定制服务和电力能效管理新模式，构建共建共享的电力系统运营新模式，从而实现用户的节能减排和电能成本降低，实现电力系统与用户的供需互动。 三、先进电力系统的案例分析电力系统数字化和信息技术的并行发展，驱动了下一代智能电网的发展。下面以德国智能电网的发展为例，说明通过改变电力系统结构和运行模式，解决电力系统的供需随机性问题；以美国智能微网的发展为例，说明通过实施需求侧管理，实现电力系统纵向“源-网-荷-储”双向互动，引导用户电力能源消费新观念，构建电力系统运营新模式。 3.1 德国智能电网的发展启示 由于德国《可再生能源法案》对可再生能源的推广，使得大规模可再生能源电力接入电网，2014年德国可再生能源发电量1560亿千瓦时，约占全国总发电量的30%；并于2015年7月25日，可再生能源的发电量创下该国当日总用电量78%的记录。由于这些可再生能源发电具有间歇性、波动性及分散性等特征，加大了电网的电线电缆以及变压器的负担，对电网的安全稳定运行提出挑战；并且，德国北部多风电，南部为负荷中心的电力供需结构也为电力系统的运行及控制带来困难。为了解决可再生能源发电并网对电力系统运行造成的影响，以及电力系统呈现出的供需双侧随机性和分散性，德国从改变电力系统结构和运行模式入手，积极发展智能（配）电网。德国智能电网中广泛使用中低压有载调压变压器以及稳压器，借助监测技术和通信技术可对智能电网进行实时监测，进而动态调节变压器变比以控制配电网电压；还充分利用新能源发电电力电子并网装置所能提供的无功功率，对配电网电压进行调节。此外，对接入智能电网的可再生能源电力、储能、可调负载进行合理控制，实现配电网的智能运行等。德国通过发展智能（配）电网，充分地利用了电力系统的现有容量，提高了电力系统运行的稳定性和安全性，减少了扩建电力系统应对容量增加所需要的大量资金投入。但是，当可再生能源发电比例进一步增加时，电网扩建无可避免，因此电网扩建与运用智能电网技术要两者结合。从德国十五年的能源转型以及可再生能源发电成功消纳的经验来看，完善的电力系统基础设施是发展可再生能源的硬件保障，德国发展智能电网重点关注可再生能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变。 3.2 美国智能微网的发展启示 美国发展智能电网除了关注电力网络基础架构的升级更新、最大限度地利用信息技术以实现系统智能对人工的替代之外，还积极通过实施需求侧管理，实现电力系统纵向供需双向互动，构建电力系统运营新模式。2007年，美国国会通过了能源独立和安全法案（EISA），给与美国能源部建立联邦智能电网特别工作组的权利，以进行区域示范倡议，建立互操作框架，并配套用于智能电网投资的资金。自2009年开始，美国能源部和电力行业为电力系统的现代化共同投资了约90亿美元以建设90多个智能电网项目，主要实施的项目有美国能源部和电网智能化联盟主导的GridWise项目EPRI发起的Intelligrid 项目等。随着分布式能源的发展以及资金压力，2010年美国能源部开始提出智能微网的概念，并与当地政府、公用事业公司和社区共筹资10亿美金，支持40多个智能微网示范项目。作为加州地区三大能源公用事业公司之一的美国圣地亚哥天然气与电力公司（SDG&E），在美国发展智能电网的进程中一直很活跃，尤其关注智能微网。SDG&E拥有4.65GW的发电能力，40 000千米的输电线路，共为11 000平方公里内的340万人口服务，其致力于发展智能微网有两个外力驱动：分布式能源的高渗透率与美国到2020年可再生能源占比33%；四个内力驱动：现有的电网需要升级、先进的传感器通信和控制技术有利于提高发输电的效率和可靠性、引领未来电力行业的愿景与智能微网是智能电网的真实版本。SDG&E曾参与公用事业分布式微网（UDM）项目，该项目的目标是降低15％以上的峰值负荷；示范无功功率调节能力；将AMI整合进微网的运营；通过整合馈线自动化系统技术（FAST）以实现环网自愈；将停电管理系统/配电管理系统集成进微网运营；研究解决多个分布式能源相互影响的技术与工具。SDG&E承担了其中Civita项目和Borrego Springs项目的建设。Borrego Springs项目是SDG&E在加州地区建立的、美国最大规模的智能微网，并为公用事业公司所持有。该智能微网共导入约26MW的光伏电站，并配备有大容量储能系统，用来存储该地区光伏电站白天发电的剩余电力部分，从而在夜间放电以保障电力的供应；还与上级电网连接，融合当地的发电站和储能系统，从而在发生紧急情况时可独立运转，以保证当地的供电。而，Civita项目是SDG&E和另一个成功的开发商Sudberry之间的联合项目，其致力于实现社区可持续发展和建立一个相互联系的模块化分配的微型智能电网。此外，Civita项目并不是一个独立的微电网，也是为公共事业公司所持有的智能微网。目前，该项目已经取得了部分技术成功，随着技术的成熟，智能微网达到的经济可行性已经不难（成本降低30%，或者峰值消减从10%提升到15%）。通过参与智能微网项目的建设，使得SDG＆E能有效地利用客户拥有的资源；通过分散控制提高了电网的可靠性、安全性和稳定性；通过提供工具和策略，吸引电力客户参予基于电价的需求响应，对电网的恢复能力、互操作性产生了重大影响，实现了供需双向互动；通过将分布式电源定向组织成虚拟电厂以补充中央发电厂，提高了电力系统投资和经营的经济效率，构建了电力系统运营的新模式；通过提供基于软件定义的功率分配，实现真正的“各种互连的能量输送”，这也是未来电力系统的愿景。SDG＆E认为，长远来看公用电网将是一个相互连接的、模块化的、智能电力分配的微网系统，在视觉上就像蜂窝一样。这些相互连接的模块化、智能电力分配的微网能够可靠地、和谐地组织在一起，以对电力系统发、输、配、用各个环节的元素进行有效地控制。随着我国特高压电网的建设、电力体制改革的不断深化和能源互联网的不断推进，智能电网也将成为我国电力系统发展的一个新方向，成为能源互联网实施的着力点之一，以提高未来电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能，以实现电力系统运行的新思路、新模式。 四、结语 在发展能源互联网的新形势下，电力系统将处于不断地发展和变化之中，将具有设备智能、信息对称、供需分散、系统扁平、柔性开放等主要特征；并呈现高渗透率可再生能源电力接入、高度信息化、高度电力电子化以及“源—网—荷—储”协调互动等发展趋势。未来电力系统的结构将呈现大电网与智能微电网互联共存，运行方式将向柔性智能运行转变，服务模式将打造供需互动的综合电力平台，是构建能源互联网重要的切入点和着力点。更多电力和能源相关最新发展动态可以关注即将召开的2019年智能电力和互联网能源系统国际会议（SPIES 2019）。会上会讨论更多相关话题。 |
回复此楼» 猜你喜欢
博士白读了
已经有50人回复
-
with editor 两个月了，什么原因？
已经有16人回复
-
普通院校药学硕士，做合成的，感觉找不到工作
已经有17人回复
-
如何分离原料与产品
已经有13人回复
-
LWT投
已经有3人回复
-
真的好想读博！
已经有22人回复
-
基金开始函评了吗？
已经有16人回复
-
没学上
已经有12人回复
-
研二光催化6月底四篇二区什么水平
已经有15人回复
-
环肽的合成
已经有5人回复
5