智能電網(wǎng)能夠以電力和信息的雙向流動性，將通信的優(yōu)勢引入傳統(tǒng)電網(wǎng)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。
推動實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，新型電力系統(tǒng)則是其中的關(guān)鍵載體。隨著新能源裝機(jī)規(guī)模與綠電滲透率的不斷增長，配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行面臨著巨大挑戰(zhàn)。
當(dāng)下，推進(jìn)新型電力系統(tǒng)下的配電網(wǎng)改造升級已經(jīng)成為迫切需求。而智能電網(wǎng)能夠以電力和信息的雙向流動性，將通信的優(yōu)勢引入傳統(tǒng)電網(wǎng)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。
12月14日，在2023新型電力系統(tǒng)與電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，中國工程院院士、天津大學(xué)教授余貽鑫對配電網(wǎng)未來將面對的挑戰(zhàn)與機(jī)遇進(jìn)行了分析，他表示：“設(shè)想中的智能電網(wǎng)將像互聯(lián)網(wǎng)那樣具有顛覆性，其關(guān)鍵目標(biāo)是像Internet一樣催生新技術(shù)和商業(yè)模式，實現(xiàn)工業(yè)革命!”
智能化電網(wǎng)建設(shè)正當(dāng)時
配電網(wǎng)是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要支撐點，在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動下，配電網(wǎng)將發(fā)生重大變革，其作用比以往任何時候都更加重要。
在新的戰(zhàn)略機(jī)遇下，新型能源體系建設(shè)對配電網(wǎng)向現(xiàn)代化智慧升級提出了更高要求。今年4月，國家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見》中提到，以數(shù)字化智能化電網(wǎng)支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
作為國內(nèi)智能電網(wǎng)研究的首倡者，余貽鑫院士在2023新型電力系統(tǒng)與電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上提到，現(xiàn)在的配電系統(tǒng)仍面臨多方面的挑戰(zhàn)。
具體來講，一是電力負(fù)荷需求增長快，二是電力需要保持高的和不同的可靠性，三是需要具有容許接入分布式電源的靈活性，四是高成本、低使用系數(shù)的問題，五是需要滿足市區(qū)和社區(qū)的環(huán)境、健康和安全需要，六是建設(shè)場地的獲取問題。
眾所周知，我國傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的資產(chǎn)利用率是不高的。余貽鑫提到，利用率不高說明余量大，余量大說明可靠。“但是我國電力資產(chǎn)的利用率和可靠性均不高，這說明我們的電網(wǎng)需要更高的智能化。”
智能電網(wǎng)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的和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)。為了實時地交換信息和達(dá)到設(shè)備層次上近乎瞬時的供需平衡，把通信的優(yōu)勢引入電網(wǎng)。
提及當(dāng)前的電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的區(qū)別和差距時，余貽鑫表示，電網(wǎng)重點就是一張電力網(wǎng)，但是未來的智能電網(wǎng)是兩張網(wǎng)：一張電力網(wǎng)、一張通信網(wǎng)。“從最基礎(chǔ)的電力設(shè)施開始就有智能代理，通信網(wǎng)和電力網(wǎng)就結(jié)合起來了，而電力網(wǎng)實現(xiàn)這件事情的手段是通過高級量測體系的建立，就是安裝智能電表之后應(yīng)該把通信體系完善起來。”
“相關(guān)數(shù)據(jù)表示，我國已經(jīng)裝了4億-5億塊智能電表。雖然通信提升了，但還有不少地方通信提升得不夠。”余貽鑫表示，智能電表還不能完全獲得其安裝后所需要獲得的效益。不過，智能電網(wǎng)會把大量的監(jiān)視(運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備健康的)傳感器連接到一個安全的通信網(wǎng)上，實現(xiàn)其近乎實時的可觀性。
而集成的能量與通信體系則通過創(chuàng)建高級電表和電力公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的雙向通信網(wǎng)絡(luò)(AMI)，完善了電力通信系統(tǒng)的“最后一公里”。
技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動配電網(wǎng)智慧升級
縱觀當(dāng)前電網(wǎng)，“源-網(wǎng)-荷-儲”各個環(huán)節(jié)都發(fā)生了巨大的變化。
國家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見》提出，到2030年，能源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)字化智能化創(chuàng)新應(yīng)用體系初步構(gòu)筑、數(shù)據(jù)要素潛能充分激活，一批制約能源數(shù)字化智能化發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)取得突破。
本次論壇上，余貽鑫介紹了智能配電網(wǎng)的主要技術(shù)。他提到，在智能電網(wǎng)技術(shù)組成中，靈活的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c魯棒的信息和通信技術(shù)的集成，是最基礎(chǔ)的基礎(chǔ)設(shè)施。
余貽鑫表示，在建設(shè)智能電網(wǎng)時，首先要建設(shè)一個靈活的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?ldquo;只是目前關(guān)于未來城市配電網(wǎng)的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還不夠清晰，可供參考的有多分段、多聯(lián)絡(luò)，既可以提高可靠性，也可以提高設(shè)備利用率。”
此外，在構(gòu)建智能電網(wǎng)工程之前，要建立一個強(qiáng)大的信息通信網(wǎng)絡(luò)。余貽鑫表示，目前DERs、負(fù)荷和電力公司之間缺乏適當(dāng)通信是妨礙DERs大規(guī)模整合和AMI功能發(fā)揮的一個主要因素。
而在高級配電管理中，則需要注意，智能配電網(wǎng)管理是著力于最大限度地提高配電系統(tǒng)饋線、變壓器和其他組件的性能，并將其與輸電系統(tǒng)和客戶運(yùn)行相集成。
在數(shù)字化的浪潮下，數(shù)字孿生新技術(shù)與國民經(jīng)濟(jì)各產(chǎn)業(yè)融合不斷深化，引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。如今，數(shù)字孿生技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用也越來越普遍。
余貽鑫提到，盡管數(shù)字孿生在我國推廣的很快，但其背后的關(guān)鍵技術(shù)并沒有得到更多的重視，他呼吁從業(yè)者抓住背后的關(guān)鍵技術(shù)——配電快速仿真與建模。
他表示，配電快速仿真與建模是智能電網(wǎng)運(yùn)行的核心軟件，其中包括風(fēng)險評估、自愈控制。“自愈控制是第四次工業(yè)革命智能化中很重要的組成部分。智能化的特點是有自調(diào)節(jié)能力、自恢復(fù)能力等等，所以電網(wǎng)要有自愈的能力，它也具有優(yōu)化的功能，能為智能電網(wǎng)提供數(shù)字支持和預(yù)測分析能力。”
隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，高級量測體系、需求響應(yīng)以及大量的分布式電源和電動汽車的部署，高級配電自動化對于整個電力系統(tǒng)高效可靠地運(yùn)行變得越來越重要。
余貽鑫表示，高級配電自動化用于電力交換系統(tǒng)，它將使用電力電子技術(shù)、信息技術(shù)、分布式計算和仿真等方面的技術(shù)，因此高級配電自動化創(chuàng)建未來的城市電網(wǎng)或者智能配電網(wǎng)。
除此，余貽鑫還介紹了其他智能配電網(wǎng)的主要技術(shù)組成，比如用戶側(cè)系統(tǒng)的需求響應(yīng)(用戶適應(yīng)電網(wǎng)的能力，幫助電網(wǎng)塑造負(fù)荷曲線和削峰填谷)、直接負(fù)荷控制、能效管理以及商業(yè)及客戶服務(wù)，包括智能家居和數(shù)據(jù)服務(wù);應(yīng)用和未來服務(wù)中包括的實時電力市場等等。
當(dāng)前，推進(jìn)電力數(shù)據(jù)開放共享、釋放電力數(shù)據(jù)更大價值已成為行業(yè)發(fā)展共識。
余貽鑫直言，任何智能電網(wǎng)的命脈都是用以驅(qū)動應(yīng)用的數(shù)據(jù)和信息。“電力系統(tǒng)任一層，從用戶計量到配電、輸電、發(fā)電和市場運(yùn)營，所收集到的數(shù)據(jù)都可能同其他層運(yùn)行的改善相關(guān)。所以以適時的方式與那些需要使用或有權(quán)了解數(shù)據(jù)的參與者共享數(shù)據(jù)，并達(dá)到實時是智能電網(wǎng)的基本要素。”
論壇上，余貽鑫提到了其團(tuán)隊研制的非侵入式的戶內(nèi)設(shè)備功率分解裝置。他說：“這是為用戶提供的，但現(xiàn)在有的電力公司裝了以后把數(shù)據(jù)握在自己手里，并沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。”他建議電力公司應(yīng)該盡早著手研究相關(guān)事宜，畢竟這關(guān)系著數(shù)據(jù)安全，是不可回避的問題。
新工業(yè)革命的強(qiáng)勁引擎
2011年，美國學(xué)者杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)在其著作《第三次工業(yè)革命》中預(yù)言，以新能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為特征，一種新的能源利用體系即將出現(xiàn)。他將他所設(shè)想的這一新的能源體系命名為能源互聯(lián)網(wǎng)(Energy Internet)。
里夫金說：人類社會必將邁進(jìn)一個新時代，屆時可再生能源和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將融合以創(chuàng)造一套強(qiáng)大的新基礎(chǔ)設(shè)施。
對此，余貽鑫表示：“當(dāng)時里夫金說的是第三次工業(yè)革命，但第三次工業(yè)革命的重點是自動化和電力電子。第三次工業(yè)革命和第四次工業(yè)革命在電網(wǎng)方面連起來了。第四次工業(yè)革命的重點是智能化，智能電網(wǎng)是其中的一個重要組成部分。”
在里夫金能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想中，他表示：在這一愿景中，數(shù)以億計的人們會從他們家中、辦公室和工廠的可再生能源中生產(chǎn)綠色能源，并在“能源互聯(lián)網(wǎng)”中彼此分享，就像現(xiàn)在我們在線創(chuàng)造和分享信息。通過部署各種儲能技術(shù)，能量將本地存儲在每一棟建筑和整個基礎(chǔ)設(shè)施中。而且，交通車輛將轉(zhuǎn)變成電動的和燃料電池汽車。
正如里夫金的構(gòu)想，建設(shè)智能電網(wǎng)的過程，也是催生新技術(shù)和商業(yè)模式的過程。談及未來的新業(yè)態(tài)，余貽鑫表示，與智能電網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)非常之廣，可以分為三類，即智能電網(wǎng)技術(shù)、電網(wǎng)可帶動的技術(shù)和為智能電網(wǎng)創(chuàng)建平臺的技術(shù)。
其中，電網(wǎng)可以帶動的技術(shù)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、插電式的電動汽車、光伏發(fā)電裝置、綠色節(jié)能建筑和智能家電。余貽鑫用“范圍非常之巨大、市場非常之廣泛”來形容這類技術(shù)。
智能電網(wǎng)創(chuàng)新平臺的技術(shù)包括綜合的通信技術(shù)、傳感和計量技術(shù)、高級的組件，其中包括超導(dǎo)技術(shù)、儲能技術(shù)、電力電子技術(shù)和診斷技術(shù)。
提及智能電網(wǎng)的目標(biāo)，余貽鑫表示：“設(shè)想中的智能電網(wǎng)將像互聯(lián)網(wǎng)那樣具有顛覆性，它將改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?，并激勵類似的變革，其關(guān)鍵目標(biāo)是像Internet一樣催生新技術(shù)和商業(yè)模式，實現(xiàn)工業(yè)革命。”
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