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中國工程院院士:面向未來的智能電網
2018-07-11

對我們來說,現在電網的智能化實際上是第二次智能化。第一次智能化是1970年到1980年初這樣一段時間,那個時期電網大停電事故頻繁地出現,以紐約大停電為代表,所以當時的美國政府就要求電力公司必須使用計算機,于是在電力系統里面,在大型發電廠超高壓輸電線路上裝了2TU,把一些數據送到調度中心,調度中心開發了能量管理系統進行電網的安全分析和優化。當時沒有向配電網發展,也就是110千伏以下的電網,現在城市里面大量的電網并沒有智能化,原因是由于當時的通訊技術、信息技術、一些電力電子技術的價錢太貴了,花不起。

現在的形勢發生了變化,因為通訊、信息這些技術太便宜了,我們現在做這件事成本效益是非常合適的,所以這一次重點針對的是第一次短缺的部分也就是配用電。當然在發電和輸電領域也還要繼續提升。

這一次電網智能化整個的原動力,有市場因素、安全因素、環境因素,其中環境因素是特別突出的,因為現在大氣中二氧化碳的排放量現在是要限制的時候了,特別是在中國,空氣污染的問題讓我們感覺這個問題非常迫切,所以這一次的原動力遠大于第一次。

首先看一下可再生風能和太陽能發電。我們國家的風能和太陽能資源是極其豐富的,而且價格的優勢日益明顯。我們本就沒有什么能源危機的問題。這個地球上太陽能資源是風能的一百倍,風能資源是水能的一百倍。

資源是有的,問題是怎么鋪蓋,可以利用屋頂、道路、魚塘、農田等等上方,也可以利用沙漠和灘涂。實際上中國76%的國土面積都可以裝設風力發電機,100%的國土都可以鋪設太陽能,中國的這個條件是非常好的。大家知道德國的太陽能利用很好,我們的資源比德國要好多了。

再看一下光伏。光伏和風電的價格這些年逐漸下降,特別是光伏,從1987年到2013年這一段時間降低到原來的1%,而且現在還以每年15%的速度在下降。按照全社會成本包括投資、運行費用、燃料費用、可靠性成本、環境成本、網損等等都考慮進去,如果從西北地區2000公里以外發電,比如說風能,送到東部地區的話大概總成本一度電是9毛多錢。如果就地開發、就地利用,現在看大概是6毛多錢。所以現在看就地開發要更合算,應該是就地開發、就地使用。

但是使用的時候有什么問題呢?就是風能、太陽能是間歇的,是波動的、是不確定的,這就使得它的使用比較難,就需要有一些措施,電力系統需要有一些平滑措施,這些平滑措施包括現在大型的火力發電機組可調能量,包括儲能,用戶需求配合等等這些因素。但是要想把這些因素都用好就需要電網,這個電網就是智能電網。

智能電網總的設想是希望利用新能源、互聯網等等這些新技術實現電網的智能化。要獲得的結果是什么呢?是要像互聯網那樣改變人們的生活和工作方式,就目前來說,我們實際上是一個較為智能的電網,我們現在所建設較為智能的電網就是說利用現有的好技術或者是未來幾年可能有的技術能夠實現的那個電網。

智能電網現在沒有一個很明確的定義,智能電網的特點是電力和信息的雙向流動性,以便建立一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網絡,為了實時交換信息和達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡,把分布式計算和通信的優勢引入電網。兩句話:智能電網一張網是動力網,一張網是通訊網,這兩張網從基礎的那些電器設備開始,就結合到一起了,目的是要建成一個高度自動化和廣泛分布的能量網絡。我們在開始搞智能電網的時候,大家對自動化都是認可的,就是廣泛分布式我們認識的太慢了,實際上給我們國家帶來了很大的經濟損失。

第二句話就是要實現實時的交換信息和達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡,這又是兩件事。信息共享是智能電網最核心的內容,功率平衡,電網的功率必須近乎順時供需平衡,否則電網就不能安全運行?,F在用戶都可以跟電網配合了,那么這時候我們的負荷跟發電就能控制了,這是智能電網很重要的特性。

智能電網包括哪些工程問題呢?一個是廣域監視和控制,以前,電網在很大范圍里面,成百上千公里的范圍里面,每一個點量測的數據,送到調度中心的時候,因為試驗的關系,都不一樣?,F在有了衛星定位,可以通過GDS或者是北斗衛星來定位,送上去的數據都可以有識標,這是很大的變化。應該說我們國家的廣域量測系統是全球建設最好的系統,但是它的潛力的開發還是有很多的工作。

第二是通信和信息技術的集成。第三是分布式可再生能源發電集成。第四是輸電系統的擴展。第五是配電網的管理。

智能配電網里面有兩個名詞大家常見:一個是微電網,一個叫做主動配電網。

傳統電網因為到配電這個層次它都是沒有電源的,都是從大電網像樹一樣分配下來,現在在這棵樹的末梢有了電源了,傳統電網就不能適應了,因此就需要在配電網里面能夠適應這些分布式的電源,能夠量測并能夠控制分布式電源的電網我們叫主動配電網。

在智能配電網當中有一個大家經常聽到的名詞叫做微電網。

微電網是配電網的一部分,這片電網里面有發電,也有負荷,負荷當中有重要負荷,有可控負荷。整個這一片跟電網公司之間是相對獨立的,所以特別適合一個企業或者是一個小區來實現。

未來微電網會非常普遍,目前由于微電網能夠平滑分布式的風能和太陽能的波動性,投資相對高一些,所以重點是用在對可靠性要求高的地區,比如說軍事部門或者是醫院,或者是沙漠地區、邊遠地區,或者是海島,將來它會大量地擴展。


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