新材料、储能技术、信息技术等新技术赋能新型智能电网
发布日期：2018/10/11
“储能和优化配置，实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，实现风、光、天然气等各种分布式能源多能互补，可按需与公共电网灵活互动。它以用户为中心，让用户参与进来，‘削峰填谷’、实现供需平衡。”
近日，国家能源局再次修改《可再生能源电力配额及考核办法》，形成第二轮征求意见稿，对可再生能源配额制的制定、实施及其配套的绿证交易制度和监督考核措施做了进一步完善。这是国家能源局继3月23日印发《可再生能源电力配额及考核办法(征求意见稿)》之后今年再度出手对可再生能源配额制进行意见征求。
“可再生能源配额制”是我国可再生能源“十五”规划中的一项重要政策建议。其基本要义是，国家以法律形式规定可再生能源发电需在地区电力建设中保持或占有一定比例，与配额比例相当的可再生能源电量可在各地区(各电网)间交易，以解决地区间存在的可再生能源资源的差异问题。
数据显示，我国可再生能源近年来发展迅速，水电、风电、光伏发电装机容量稳居全球首位，2016年底，我国可再生能源发电装机容量达5.7亿千瓦，约占全部电力装机的35%。但是，可再生能源的整体利用效率仍处于较低水平，其发电量的所占比重仅为26%，其中，非水可再生能源发电量所占比重不足8%。水电、风电、太阳能发电的电网接入和市场消纳困难，严重影响到可再生能源产业的持续发展。
可再生能源配额制的建立让可再生能源的消纳前景值得期待。但是，有一个问题依然是摆在可再生能源配额制路上的关卡，那就是各路电能在电力消费端的兼容性问题。无法兼容让各路电能只能在互相封闭的“孤岛”上自我消化，消化之余的能源无处调配，造成“弃风”“弃光”“弃水”现象严重。如何解决?专家支招新型智能电网。
能源消费端将发生巨变
“终端电能比例(我国电能占终端能源消费比重)现在是22%左右，相信未来可以提高到50%。”天津大学电气自动化与信息工程学院院长王成山在近期召开的2018中国可再生能源学术大会上对我国电能占终端能源消费比重未来发展趋势进行了大胆的预测。
这一判断并非空穴来风，早在2016年国家能源局发布我国《电力发展“十三五”规划》时，“不断提高电能占终端能源消费比重”的表述就引起了公众关注。
“这意味着未来电能的需求从性质、规模上都会发生很大的变化。”王成山表示，“电为了满足这样的需求不得不发生巨大的进步，我们希望未来电网能够满足用电便捷高效的需求，满足市场充分竞争的需求”。
新材料、储能技术、信息技术等新技术赋能电网成为现实需求。各种新技术应用到传统电网中提升其水平是智能电网的要义所在，但它最重要的是增加电网资源的配置能力，“争取能够支撑大规模可再生能源发电的接入”。
“可再生能源发电机组和传统机组有很大的不同，包括机组的波动性等。”王成山表示，可再生能源分布式和集中式开发并重，无论风电、光电，还是水电，不管自身原来的发电规则使其如何波动，远距离输送到终端的功率必须是恒定的，换句话说，“在源端波动，到了售端还波动，这是不允许的”。
未来，可再生能源装机量达到60%的时候，电网将不是现在以火电、煤电为主的电网，而是以可再生能源为主导的电网。此外，随着电动汽车数量的大幅增长，电网对电动汽车的友好支撑也成为电能消费不得不面对的问题。彼时，电网将如何运行?
“靠配电系统。”王成山说。
抛弃大电网不合实情
除了风电、光电、水电等分布式的可再生能源电网，智能电网对电能传输的配置和控制还需要从“大”和“微”两个方向着手。“大”是指以传统电网为主体的大电网;“微”为并网型微电网。
当前，业内存在一种极端的看法，认为“不需要大电网了，分布式和微网把所有的事情都解决了”。对此，中国工程院院士杜祥琬并不认同。尽管可再生能源的装机量持续增多，但他认为，“我们现在还习惯于依靠大电网”。
传统电网和可再生能源并不是“二元对立”，两者将长时间并存，完全抛弃传统电网系统不符合实际情况，也容易走向绝对化的误区，造成资源浪费。
在杜祥琬看来，现阶段大电网的发展方向是智能化、高效化，然后逐渐实现可再生能源友好型，也就是说，先解决好如何更好地提高传统电网和有间歇性的风电、太阳能发电等的并网率问题。
“电网要进一步走向智能化。”杜祥琬说，“智能电网要建立在高速双向通信的技术上，利用先进的传感测量技术、控制方法以及决策支持系统来实现电网的智能化。高效的通信网络是电网智能化的保证，现在发展的5G技术可以使其更加智能，也使用户能源消费更加方便。”
发展微电网则主要是针对电力负荷端的区域互联，强调就地开发消纳。去年7月，为切实规范、促进微电网健康有序发展，国家发展改革委和国家能源局联合印发《推进并网型微电网建设试行办法》, 指出微电网作为可再生能源并网的一种重要方式，是多能互补集成优化的解决方案之一，是电网的组成部分。
微电网是微能源网的重要组成部分。杜祥琬表示，其以能源优化利用为导向，是与能源互联网有机连接的智能化区域能源生产、存储、调度、控制的系统。
“它有比较高的能源介入比例，相对独立运行，可通过储能和优化配置，实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，实现风、光、天然气等各种分布式能源多能互补，可按需与公共电网灵活互动。它以用户为中心，让用户参与进来，‘削峰填谷’、实现供需平衡。”杜祥琬说。
智能电网系统互补联动
我国能源发展面临拐点，拐点在哪儿?走向为何?虽然学界和业界人士对可再生能源在未来能源架构中的具体比重各执己见，但却在“未来智能电网系统的互补联动”的认识上达成了基本共识。
过去的电网多关注传输时间，核心物质之间的耦合度很低。王成山认为，未来，配电网和用户之间将实现无缝衔接，用户和电网紧密耦合在一起，高度互动，双方都能获得好的效果。
智能电网未来的发展目标是分布式能源的高效利用，同时满足多元化需求。要想实现这一目标，需要解决好电源侧、负荷侧、电网侧的一系列相关问题。
在兼顾集中式大规模电源和分布式可再生能源的情况下，如何支撑高比例的电力消纳?王成山认为，可以通过多元用户供需互动与能效提升来实现资源的优化，以及通过电网之间的互动助力电网消纳能源，“这个潜力很大”。
“这其中会有微电网存在，也会有直流电网存在，还会有大量的电网电子存在，所有这些会让不同配电网之间更好地结合，使分布式能源更好地服务于用户。”王成山说。此外，信息化的发展还会使配电网成为一个信息网，达到配网资源优化的目的。
“这些特点会让配电网的角色变成一个可再生能源消纳的支撑平台和一个多元化海量信息的支撑平台。”王成山表示，目前，我国已经存在约四亿多的直流电表，“现在的数据传送还不是很及时，未来大量的数据上传以后将会为能源市场开发、电网服务的运行维护等带来很多便利条件”。
王成山认为，未来配电网的角色和作用会越来越重要。在这个过程中，技术发挥着关键作用，同时，他也认为，只靠技术发展还不能完全解决问题。
“一定要把体制机制创新结合起来，智能电网才会实现更好的应用。” 王成山最后说
来源:中国科学报 作者:赵利利
