混合發(fā)電模式主導(dǎo)未來電力系統(tǒng)

／本刊記者 賈常艷／

混合發(fā)電模式主導(dǎo)未來電力系統(tǒng)

／本刊記者 賈常艷／

建設(shè)清潔低碳、安全高效、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代能源體系是我國能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。而能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)取決于電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變：主導(dǎo)能源由化石能源轉(zhuǎn)向低碳可再生能源；運(yùn)行方式由分散單一轉(zhuǎn)向混合互聯(lián)。在轉(zhuǎn)變的過程中還需要多項(xiàng)技術(shù)和配套設(shè)施的支持，任重道遠(yuǎn)。

近年來，太陽能發(fā)電、風(fēng)能等可再生能源的發(fā)展對電網(wǎng)的發(fā)展又提出了新的要求，清潔環(huán)保、透明開放、大規(guī)模接入等滿足可再生能源發(fā)電的友好接入是未來電網(wǎng)必備的素質(zhì)。也正是基于此，能源互聯(lián)網(wǎng)漸漸產(chǎn)生。“它的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更為靈活，以信息的雙向流動和數(shù)據(jù)交互為前提，整個電網(wǎng)系統(tǒng)的開放性進(jìn)一步得到提升，一方面要實(shí)現(xiàn)集中式和分布式可再生能源發(fā)電、儲能設(shè)備、電動汽車以及相關(guān)用能裝置的即插即用；另一方面是創(chuàng)造一個開放的商業(yè)形態(tài)，能量流、價值流都可以實(shí)現(xiàn)雙向交互，電力生產(chǎn)和消費(fèi)的邊界逐漸模糊，所有社會單位都成為了能源可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)者。”聯(lián)合國政府間氣候變化專家小組（IPCC）特約科學(xué)家伍德羅·克拉克這樣描述能源互聯(lián)網(wǎng)。所有的這些變化和需求都在迫使電力系統(tǒng)作出改變。

未來的電力系統(tǒng)到底該以什么樣的面貌呈現(xiàn)呢？

中國電力科學(xué)研究院智能配電網(wǎng)首席專家馬釗指出，電網(wǎng)在2020年及以后（甚至到2040年）至少向著如下兩種模式發(fā)展：①互聯(lián)大電網(wǎng)：負(fù)荷區(qū)域和大型集中式可再生發(fā)電站之間大傳輸功率的互聯(lián)大電網(wǎng)的重要性的提升。采用大電網(wǎng)連接不同國家的能源市場；大型能源網(wǎng)絡(luò)越發(fā)重要；②主動配電網(wǎng)：大量小型及大型包含分散式發(fā)電廠、儲能、有功用戶參與的自我供給配電網(wǎng)的簇?fù)沓霈F(xiàn)，導(dǎo)致必須采用主動配電網(wǎng)對有功和無功進(jìn)行管理。主動配電網(wǎng)被視為解決日益突出的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠等問題的方法。因此馬釗認(rèn)為未來電力系統(tǒng)很可能以互聯(lián)大電網(wǎng)與小型微電網(wǎng)兩類模式的混合形式出現(xiàn)，相輔相成。

中國電力科學(xué)研究院周孝信院士指出高滲透可再生能源、高比例電力電子裝備的多能互補(bǔ)的電力系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢。新材料新技術(shù)新裝備研發(fā)應(yīng)用于電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)的發(fā)展形態(tài)、系統(tǒng)整體效率、運(yùn)行控制方式和運(yùn)營模式帶來革命性、顛覆性，而這也是未來電力系統(tǒng)的新方向。

伍德羅·克拉克指出，混合的發(fā)電模式是未來電力系統(tǒng)的真正需求，因?yàn)槟茉垂┙o日益分散化，需求響應(yīng)會更加靈活和智能化；所有微系統(tǒng)與中央電網(wǎng)協(xié)同運(yùn)作，可以保證供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性。而混合發(fā)電模式是一種敏捷的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有助于全社會最大限度地提高可再生能源的消費(fèi)占比。

國家電網(wǎng)公司董事長舒印彪在2017大連夏季達(dá)沃斯新領(lǐng)軍者年會上指出，“未來電網(wǎng)還將不斷投入，研發(fā)出生態(tài)電力系統(tǒng)，在安全可控的前提下，與可再生能源實(shí)現(xiàn)靈活柔性、廣泛互聯(lián)。”

由此看來，混合發(fā)電、互聯(lián)互通的模式將會主導(dǎo)未來的電力系統(tǒng)。

基于未來電力系統(tǒng)的發(fā)展模式，馬釗還提出了十大關(guān)鍵技術(shù)問題，即：①主動配電網(wǎng)將導(dǎo)致在配電網(wǎng)電壓等級和更高電壓等級網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生雙向潮流與數(shù)據(jù)流 （合理的智能控制技術(shù)）；②先進(jìn)測量與監(jiān)測設(shè)備的使用以及對信息交換的大量需求（傳感技術(shù)及大數(shù)據(jù)）；③在各電壓等級下直流技術(shù)與電力電子（PE）應(yīng)用的增長及其在電能質(zhì)量、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)安全以及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化方面的影響；④儲能系統(tǒng)中重要設(shè)備的發(fā)展及其對電力系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展的影響；⑤針對系統(tǒng)運(yùn)行、系統(tǒng)控制和市場/法規(guī)規(guī)劃，建立計及主動用戶與不同發(fā)電形式間相互作用的新概念；⑥發(fā)電廠的不同特征和發(fā)展中電網(wǎng)保護(hù)的新概念；⑦計及新輸電/配電接口的全新規(guī)劃概念、環(huán)境約束的增加以 及有功無功潮流控制的新技術(shù)；⑧新用戶、新發(fā)電機(jī)、新網(wǎng)絡(luò)特征下評價系統(tǒng)技術(shù)性能的新方法；⑨線路容量的增長，架空、地下、水下設(shè)施的使用，及其對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能和可靠性；⑩使利益相關(guān)者了解技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，吸引他們加入電網(wǎng)未來發(fā)展。

其中面臨的挑戰(zhàn)也非常多，馬釗指出如何建立合理的智能控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)大量小型電源之間的協(xié)調(diào)是一項(xiàng)新的技術(shù)挑戰(zhàn)。首先需要獲取數(shù)據(jù)信息（配電網(wǎng)自動化、家庭能源管理以及電動汽車的數(shù)據(jù)信息），這就需要安裝大量的智能電表和需求側(cè)響應(yīng)電表。同時，還需要研究合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以確保其能夠?yàn)楫?dāng)?shù)氐哪芰科胶馓峁└玫谋Ｕ稀Ａ硗猓捎谑袌龊椭贫日凉撘颇叵蛑咝Ч芾怼⒐焦⒊杀净厥盏姆较蜻M(jìn)化，以市場為導(dǎo)向的分布式發(fā)電（如虛擬電廠）控制技術(shù)也是應(yīng)對該項(xiàng)挑戰(zhàn)的可能方法之一。在交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，直流和基于電力電子（PE）的發(fā)電站在動態(tài)響應(yīng)和性能方面較傳統(tǒng)發(fā)電廠和交流線路有著顯著的區(qū)別。許多情況下，如何選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計和控制方法，從而大大增強(qiáng)全網(wǎng)的可靠性是需要考慮的重要問題。高壓直流電網(wǎng)是一種與傳統(tǒng)電網(wǎng)在動態(tài)響應(yīng)和性能上皆有著明顯不同的全新電網(wǎng)形式。建立完善的HVDC電網(wǎng)，需要靈活使用制造業(yè)的各種設(shè)備，并逐步完善各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。高壓直流電網(wǎng)是一種全新電網(wǎng)形式，為了使其逐步的建立起來，需要建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)以及電網(wǎng)技術(shù)準(zhǔn)則。同時，不同制造商提供的設(shè)備也應(yīng)該具有互換性。如何滿足日益增長的終端直流供電的需求（例如居民用戶和商業(yè)建筑等）也是挑戰(zhàn)之一。發(fā)電站隨機(jī)組合以及柔性負(fù)荷和儲能導(dǎo)致的負(fù)荷變動所帶來的運(yùn)行挑戰(zhàn)。包括：功率平衡、阻塞管理、市場規(guī)劃和規(guī)范機(jī)制的改進(jìn)，以及促進(jìn)含用戶和RES參與的電力市場、有功無功儲備和風(fēng)險管理等。自動化水平的提升：新開發(fā)軟件的工具可以快速地確定系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)，其可提供決策支持，并為系統(tǒng)運(yùn)行、自動化結(jié)構(gòu)以及電氣參數(shù)的調(diào)整、轉(zhuǎn)供自動化、事故恢復(fù)等提供警示。新的輸電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)（WAPS）將可克服特定類型繼電保護(hù)在可靠性、靈活性、檢修成本方面的局限性和不足。此外還有抽水蓄能和電池儲能的協(xié)調(diào)發(fā)展問題，將智能化技術(shù)引入到輸配電設(shè)備中的技術(shù)問題等。

周孝信指出大數(shù)據(jù)技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用、基于新一代材料和新技術(shù)新型高效低成本的儲能裝備、耐高壓高絕緣強(qiáng)度復(fù)合絕緣材料的新型電纜、新型高溫超導(dǎo)材料和大容量高溫超導(dǎo)電力傳輸、區(qū)塊鏈等不斷涌現(xiàn)的信息通信新技術(shù)等顛覆性技術(shù)對電力系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。

建設(shè)清潔低碳、安全高效、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代能源體系是我國能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。而能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)取決于電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變：主導(dǎo)能源由化石能源轉(zhuǎn)向低碳可再生能源；運(yùn)行方式由分散單一轉(zhuǎn)向混合互聯(lián)。在轉(zhuǎn)變的過程中還需要多項(xiàng)技術(shù)和配套設(shè)施的支持，任重道遠(yuǎn)。