華北電力大學(xué)輸配電系統(tǒng)研究所所長、國家973計(jì)劃能源專家咨詢組成員張建華在論壇上表示,當(dāng)前,我國以煤為主的能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源分布不合理等問題亟待解決,因此我國應(yīng)該大力發(fā)展微能源網(wǎng),并逐步過渡到能源互聯(lián)網(wǎng)。他表示,微能源網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)其中一個(gè)最主要的區(qū)別就是微能源網(wǎng)可以對分布式能源進(jìn)行就地消化、就地平衡,同時(shí)也可以和大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換,因此微電網(wǎng)內(nèi)部的控制和相關(guān)保護(hù)技術(shù),和大電網(wǎng)相比有一些相應(yīng)的區(qū)別。
華北電力大學(xué)輸配電系統(tǒng)研究所所長、國家973計(jì)劃能源專家咨詢組成員張建華。
以下是發(fā)言全文:
各位領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓,大家上午好!我占用大家一點(diǎn)時(shí)間,簡單匯報(bào)一下我們在微電網(wǎng)和綜合能源系統(tǒng)研究方面的一些感受感受和想法。
與眾不同的中國能源行業(yè)
我們分析了一下,我們國家能源和國外能源相比有兩個(gè)很重要的特點(diǎn):
其中一個(gè)特點(diǎn)就是能源的結(jié)構(gòu),以煤為主,和國外發(fā)達(dá)國家相比結(jié)構(gòu)是落后的。我們70%的能源結(jié)構(gòu)水平在歐美和日本的發(fā)達(dá)國家是處于上世紀(jì)50年代的水平。現(xiàn)在經(jīng)過21世紀(jì)初,我們統(tǒng)計(jì),國外特別是歐美發(fā)達(dá)國家,煤炭、石油、天然氣占的比例大概是各占1/3,而我們現(xiàn)在國家仍然是以煤為主的結(jié)構(gòu)。這就造成了今天我們看到的霧霾,燃煤排放的二氧化碳水平比燃?xì)饣蛘咂渌茉磁欧诺靡?所以這是我們國家能源結(jié)構(gòu)的第一個(gè)特點(diǎn)。
第二個(gè)特點(diǎn)就是能源分布不合理,能源分布主要在西部,負(fù)荷中心卻在東部。比如說以電為例,煤炭基地在內(nèi)蒙、山西、甘肅、新疆,水電資源在西南、瀾滄江、長江上游、雅魯藏布江、三峽,負(fù)荷中心在東部。所以這樣造成一個(gè)能源的分布極不合理,造成了西能東送的一個(gè)格局。而且從區(qū)域電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來考慮,每一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)基本上也是西能東送,或者西電東送的布局,這就造成我們要把能源遠(yuǎn)距離的輸送送到東部發(fā)電。
從電力方面我們統(tǒng)計(jì)了,大概2/3的負(fù)荷是集中在東部地區(qū),而2/3能源在西部地區(qū),有1/3的能源要從西部搬運(yùn)到東部。正是由于這個(gè)原因,我們要考慮能源的就地消納、就地生產(chǎn),所以我們國家發(fā)布了一個(gè)規(guī)劃,到2020年分布式能源所占的比例大大提高啊,主要是光伏、小水電、微型天然氣、風(fēng)電和其他分布式能源。
如何面對大范圍接入的新能源?
現(xiàn)在就提出一個(gè)問題,就是怎么面對大范圍接入的分布式能源,波動(dòng)式的太陽能、風(fēng)能,如何進(jìn)行控制。
怎么滿足分布式能源對可靠性的要求,對各種電力服務(wù)的要求?其中很重要的一個(gè)方面就是微能源網(wǎng),我們從微能源網(wǎng)逐步過渡到微能源網(wǎng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)。微能源網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)其中一個(gè)最主要的區(qū)別就是微能源網(wǎng)可以對分布式能源進(jìn)行就地消化、就地平衡,同時(shí)也可以和大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換,因此微電網(wǎng)內(nèi)部的控制和相關(guān)保護(hù)技術(shù),和大電網(wǎng)相比有一些相應(yīng)的區(qū)別。
比如說大電網(wǎng)主要是單向潮流、簡單交互,從發(fā)電廠通過輸電線路到用戶,而微電網(wǎng)是內(nèi)部的循環(huán),所以是雙向操作。用戶和電網(wǎng)之間可以交換能量,是雙向的流動(dòng),是主動(dòng)交互,這是微電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)本質(zhì)的區(qū)別。
如果微電網(wǎng)控制得好,對大電網(wǎng)有一個(gè)比較大的支撐作用。比如說大電網(wǎng)出故障了,微電網(wǎng)可以提供供電可靠性,我們可以更多、更好的消納新能源和可再生能源,有更低的供電成本。微電網(wǎng)內(nèi)部可以提升可再生能源的效率,特別是多種能源互補(bǔ)的時(shí)候,對提高可再生能源的效率起到作用。可以對大電網(wǎng)提供相關(guān)的輔助服務(wù),比如說調(diào)頻、調(diào)壓服務(wù),通過微電網(wǎng)內(nèi)部控制措施,可以對相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行處理。
微電網(wǎng)的主要關(guān)鍵技術(shù)
微電網(wǎng)有幾項(xiàng)主要關(guān)鍵技術(shù):
第一個(gè)就是微電網(wǎng)內(nèi)部分布式發(fā)電的控制技術(shù),微電網(wǎng)的能量現(xiàn)在還沒有一個(gè)完整的界定,從幾十千瓦到幾十兆瓦,所以運(yùn)行方式要靈活,分布式電源要保證及時(shí)性和環(huán)保性。
第二個(gè)就是控制保護(hù)技術(shù),由于微電網(wǎng)分布式電源在用戶側(cè),所以過去傳統(tǒng)的控制和保護(hù)技術(shù)有一些不適應(yīng)微電網(wǎng)的情況,在這方面我們也做了很多工作。
第三個(gè)就是微電網(wǎng)的儲能技術(shù),隨著我們的儲能成本逐漸降低,儲能對分布式可再生能源平抑波動(dòng)性,在峰谷差的調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮了很重要的作用,所以目前儲能本身之所以沒有廣泛的應(yīng)用,主要是經(jīng)濟(jì)性能低。隨著儲能成本的下降以及儲能技術(shù)不斷的成熟,對平抑可再生能源波動(dòng)性,提高經(jīng)濟(jì)性、靈活性,會發(fā)揮很重要的作用,這方面是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
第四個(gè)就是微電網(wǎng)能量管理技術(shù),如何管理分布式能源,如何管理微電網(wǎng)中的各類負(fù)荷調(diào)節(jié),可以很好的協(xié)調(diào)運(yùn)行很重要,這是能量管理很重要的作用。
第五個(gè)當(dāng)多個(gè)微網(wǎng)之間形成微網(wǎng)群的時(shí)候,如何進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制?這也是微電網(wǎng)當(dāng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在國外微電網(wǎng)群的技術(shù)研究,比如說在法國里昂形成了十幾個(gè)微電網(wǎng)群,微電網(wǎng)群之間的協(xié)調(diào)控制和互補(bǔ)運(yùn)行,這也是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
在微電網(wǎng)這方面我們也承擔(dān)了IEC三項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)制定,IEC標(biāo)準(zhǔn)中國主導(dǎo)的只占0.3%,微電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)是三個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)都由我們主導(dǎo),另外我們承擔(dān)了兩項(xiàng)國內(nèi)能源局團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn),也是微電網(wǎng)方面的標(biāo)準(zhǔn)。
微電網(wǎng)的接入可能會使配電系統(tǒng)發(fā)生根本性的變化,比如說可以使配電網(wǎng)從傳統(tǒng)單向輻射的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向潮流流動(dòng)的網(wǎng)絡(luò),配電運(yùn)行就會發(fā)生變化,會變成有源的網(wǎng)絡(luò),所以運(yùn)行、保護(hù)控制方式就會產(chǎn)生很大的變化。另外用戶側(cè),本身靈活的運(yùn)行在微電網(wǎng)內(nèi)部,用戶負(fù)荷和管理方式上都會發(fā)生變化。
從微電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)過渡
我們通過微電網(wǎng)的建設(shè),相對來講可以補(bǔ)充大電網(wǎng)對投資的不足,通過分布式能源和微電網(wǎng)本身的建設(shè),可以降低對配電系統(tǒng)對電能的需求,減少或者減緩配電網(wǎng)的投資。
此外多能互補(bǔ)的微能源網(wǎng),剛才馮東副理事長也介紹了,我們現(xiàn)在研究微電網(wǎng)過程中也發(fā)現(xiàn),多種能源互補(bǔ),特別是用戶側(cè),水、電、氣各種能源的互補(bǔ),將使將來電力市場的最終格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
也就是說用戶和電力之間會形成一定的關(guān)系,可以向配電網(wǎng)購電,也可以出售相關(guān)電能,所以參與效率就大大提高了,競爭也會更加激烈。
從微電網(wǎng)逐步過渡到綜合能源網(wǎng)或者微能源網(wǎng),以及后來的能源互聯(lián)網(wǎng),在能源互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念,我們可以大致分成兩大類。
一類叫廣域的能源互聯(lián)網(wǎng),叫全球能源互聯(lián)網(wǎng),它是跨國、跨區(qū)域的,超高壓、特高壓骨干網(wǎng)為核心,以大規(guī)模輸送可再生能源為主要目的,實(shí)現(xiàn)跨國、跨洲、跨區(qū)域的大型能源基地可再生能源的什么、傳輸、交易。因此廣域全球能源互聯(lián)網(wǎng),具有廣域資源配置和需求調(diào)節(jié)能力,是解決可再生能源可持續(xù)供應(yīng)的重要手段。
我們現(xiàn)在研究的是局域的,地域的,是以園區(qū)或者跨園區(qū)的配電網(wǎng)為核心紐帶,目的是要消納分布式可再生能源,通過各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種能源的高效利用和多元化主體參與的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),這是不同類型的能源互聯(lián)網(wǎng)的概念。我們微能源網(wǎng)就屬于第二類。
通過專家的研討會,把能源互聯(lián)網(wǎng)給了一個(gè)相對比較合理的定義:以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建的一種新型信息和能源融合的網(wǎng)絡(luò),以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)架構(gòu),融合了熱、冷、氣等多種能源形式,形成了一個(gè)智慧能源網(wǎng)絡(luò),能夠?qū)崿F(xiàn)分布式能源的廣泛接入和市場化交易,從而最大程度的利用清潔低碳的可再生能源,實(shí)現(xiàn)能源的清潔、高效、便捷可持續(xù)利用,滿足用戶多元化的需求。
集成了供電、水、氣、冷、熱多元化的能源,同時(shí)在消納方面也把商業(yè)、工業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷,通過能源護(hù)欄網(wǎng)的控制和優(yōu)化控制手段,通過它的信息調(diào)控實(shí)現(xiàn)了能源交換。
我們按照能源互聯(lián)網(wǎng)的基層層面分,有基礎(chǔ)設(shè)施層,包括管道、傳感器,然后是通訊層,通過通訊最后形成一個(gè)數(shù)據(jù)資源。這樣一個(gè)數(shù)據(jù)資源最后形成一個(gè)互動(dòng)服務(wù)層,這是從層面上形成的這么一個(gè)理念,最后是通過政策引導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)或者微能源網(wǎng)的高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
這是能源互聯(lián)網(wǎng)基本的架構(gòu),從供能側(cè)包括了可控、可調(diào)的大電網(wǎng)資源,包括可聯(lián)網(wǎng)或者可以孤島運(yùn)行的小型微能源網(wǎng),在微能源網(wǎng)中包括水、電、氣各種資源的優(yōu)化,通過信息流以及能量流的傳輸,通過這樣的服務(wù)來為用戶服務(wù)。用能側(cè)分多鐘類型的用戶,用戶的特性、曲線、消納特征都不一樣。微能源網(wǎng)在這種消納過程中,就可以提供有效的協(xié)調(diào)和控制,使供能側(cè)和用能側(cè)平衡。
其中很重要的一個(gè)技術(shù)手段,就是我們通過綜合能量管理平臺,來管控園區(qū)內(nèi)的能源和負(fù)荷的“三流”:能源流、信息流、業(yè)務(wù)流,最大限度的開發(fā)和利用可再生能源,提高它的利用效率,制定相關(guān)能源互聯(lián)網(wǎng)的一些技術(shù)措施的時(shí)候的一些做法。
這樣的信息感知平臺我們分幾大類:
1.首先把能源互聯(lián)網(wǎng)底層的各種設(shè)備和用戶運(yùn)行的狀態(tài),通過立體信息感知系統(tǒng)采集上來,實(shí)現(xiàn)對電、熱、氣、交通、用戶、氣象以及各種生產(chǎn)調(diào)度進(jìn)行全方位的監(jiān)控采集,得到一個(gè)完整的園區(qū)、跨園區(qū)微能源網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息,這就要依靠智能采集系統(tǒng)。
2.智能通信與信息系統(tǒng),尤其在最后一公里的時(shí)候通信手段是多元化的,在最后一公里手段是多種多樣的,包括微波、載波、公用網(wǎng)等等構(gòu)成一個(gè)信息系統(tǒng)。
3.能量和負(fù)荷的預(yù)測,預(yù)測的精度準(zhǔn)不準(zhǔn),是能量精確管理和高效利用的很重要的前提。其中我們預(yù)測很多方法,包括我們對歷史數(shù)據(jù)的積累,通過不同的預(yù)測模型算法得到了一些結(jié)果。特別是放開了輸電端市場以后,預(yù)測顯得更加重要。大家知道直供,要求預(yù)測精度在95%—105%之間,預(yù)測誤差不能超過5%。如果預(yù)測電量低于5%,比如說95%以下,這個(gè)時(shí)候市場就有懲罰措施。如果高于105,你就不再享受大用戶直供的政策了,所以預(yù)測非常重要,能量及負(fù)荷預(yù)測以及能源預(yù)測。
4.多能源優(yōu)化調(diào)度。除了電還有天然氣、熱力、水,園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的多能互補(bǔ)可以形成優(yōu)化,是這種調(diào)度。在園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度的過程中,也集成了相關(guān)優(yōu)化算法以及管理算法,對分布式能源儲能和負(fù)荷形態(tài)進(jìn)行調(diào)控。優(yōu)化調(diào)度有各種方法,其中主要是分層和分布式的兩類算法。在多能優(yōu)化調(diào)度中,為了保證能安全可靠運(yùn)行,智能保護(hù)和控制也很關(guān)鍵。
5.需求側(cè)響應(yīng)。用戶如何能夠和電源、發(fā)電側(cè)進(jìn)行友好互動(dòng)?我們要有個(gè)需求響應(yīng)策略和相關(guān)的框架。
6.高級應(yīng)用服務(wù)。就是微能源網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的一些服務(wù),包括高級能效服務(wù),如何幫助用戶節(jié)能,對能耗、污染物排放進(jìn)行分析,進(jìn)行能效診斷和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)。還有用戶定制的服務(wù),未來微能源網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是對用戶一對一的定制服務(wù),來實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的競爭水平。以及電網(wǎng)輔助服務(wù),重要的是調(diào)頻、調(diào)風(fēng)服務(wù),電網(wǎng)出現(xiàn)故障的時(shí)候要有相應(yīng)的備用。
這是整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)管理平臺大致的框架,從智能決策、智能控制以及相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的調(diào)控。 來源:中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)
