華北電力大學輸配電系統研究所所長、國家973計劃能源專家咨詢組成員張建華在論壇上表示,當前,我國以煤為主的能源產業結構和能源分布不合理等問題亟待解決,因此我國應該大力發展微能源網,并逐步過渡到能源互聯網。他表示,微能源網和傳統電網其中一個最主要的區別就是微能源網可以對分布式能源進行就地消化、就地平衡,同時也可以和大電網進行能量交換,因此微電網內部的控制和相關保護技術,和大電網相比有一些相應的區別。
華北電力大學輸配電系統研究所所長、國家973計劃能源專家咨詢組成員張建華。
以下是發言全文:
各位領導、嘉賓,大家上午好!我占用大家一點時間,簡單匯報一下我們在微電網和綜合能源系統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
我們分析了一下,我們國家能源和國外能源相比有兩個很重要的特點:
其中一個特點就是能源的結構,以煤為主,和國外發達國家相比結構是落后的。我們70%的能源結構水平在歐美和日本的發達國家是處于上世紀50年代的水平。現在經過21世紀初,我們統計,國外特別是歐美發達國家,煤炭、石油、天然氣占的比例大概是各占1/3,而我們現在國家仍然是以煤為主的結構。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氣或者其他能源排放得要高,所以這是我們國家能源結構的第一個特點。
第二個特點就是能源分布不合理,能源分布主要在西部,負荷中心卻在東部。比如說以電為例,煤炭基地在內蒙、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,負荷中心在東部。所以這樣造成一個能源的分布極不合理,造成了西能東送的一個格局。而且從區域電網的結構來考慮,每一個區域電網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距離的輸送送到東部發電。
從電力方面我們統計了,大概2/3的負荷是集中在東部地區,而2/3能源在西部地區,有1/3的能源要從西部搬運到東部。正是由于這個原因,我們要考慮能源的就地消納、就地生產,所以我們國家發布了一個規劃,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、風電和其他分布式能源。
如何面對大范圍接入的新能源?
現在就提出一個問題,就是怎么面對大范圍接入的分布式能源,波動式的太陽能、風能,如何進行控制。
怎么滿足分布式能源對可靠性的要求,對各種電力服務的要求?其中很重要的一個方面就是微能源網,我們從微能源網逐步過渡到微能源網以及能源互聯網。微能源網和傳統電網其中一個最主要的區別就是微能源網可以對分布式能源進行就地消化、就地平衡,同時也可以和大電網進行能量交換,因此微電網內部的控制和相關保護技術,和大電網相比有一些相應的區別。
比如說大電網主要是單向潮流、簡單交互,從發電廠通過輸電線路到用戶,而微電網是內部的循環,所以是雙向操作。用戶和電網之間可以交換能量,是雙向的流動,是主動交互,這是微電網和傳統電網本質的區別。
如果微電網控制得好,對大電網有一個比較大的支撐作用。比如說大電網出故障了,微電網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。微電網內部可以提升可再生能源的效率,特別是多種能源互補的時候,對提高可再生能源的效率起到作用。可以對大電網提供相關的輔助服務,比如說調頻、調壓服務,通過微電網內部控制措施,可以對相應的指標進行處理。
微電網的主要關鍵技術
微電網有幾項主要關鍵技術:
第一個就是微電網內部分布式發電的控制技術,微電網的能量現在還沒有一個完整的界定,從幾十千瓦到幾十兆瓦,所以運行方式要靈活,分布式電源要保證及時性和環保性。
第二個就是控制保護技術,由于微電網分布式電源在用戶側,所以過去傳統的控制和保護技術有一些不適應微電網的情況,在這方面我們也做了很多工作。
第三個就是微電網的儲能技術,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性,在峰谷差的調節過程中發揮了很重要的作用,所以目前儲能本身之所以沒有廣泛的應用,主要是經濟性能低。隨著儲能成本的下降以及儲能技術不斷的成熟,對平抑可再生能源波動性,提高經濟性、靈活性,會發揮很重要的作用,這方面是其中的一項關鍵技術。
第四個就是微電網能量管理技術,如何管理分布式能源,如何管理微電網中的各類負荷調節,可以很好的協調運行很重要,這是能量管理很重要的作用。
第五個當多個微網之間形成微網群的時候,如何進行協調和控制?這也是微電網當中的一項關鍵技術。在國外微電網群的技術研究,比如說在法國里昂形成了十幾個微電網群,微電網群之間的協調控制和互補運行,這也是其中的一項關鍵技術。
在微電網這方面我們也承擔了IEC三項國際標準制定,IEC標準中國主導的只占0.3%,微電網的標準是三個國際標準都由我們主導,另外我們承擔了兩項國內能源局團隊標準,也是微電網方面的標準。
微電網的接入可能會使配電系統發生根本性的變化,比如說可以使配電網從傳統單向輻射的網絡轉變為雙向潮流流動的網絡,配電運行就會發生變化,會變成有源的網絡,所以運行、保護控制方式就會產生很大的變化。另外用戶側,本身靈活的運行在微電網內部,用戶負荷和管理方式上都會發生變化。
從微電網向能源互聯網過渡
我們通過微電網的建設,相對來講可以補充大電網對投資的不足,通過分布式能源和微電網本身的建設,可以降低對配電系統對電能的需求,減少或者減緩配電網的投資。
此外多能互補的微能源網,剛才馮東副理事長也介紹了,我們現在研究微電網過程中也發現,多種能源互補,特別是用戶側,水、電、氣各種能源的互補,將使將來電力市場的最終格局產生深遠影響。
也就是說用戶和電力之間會形成一定的關系,可以向配電網購電,也可以出售相關電能,所以參與效率就大大提高了,競爭也會更加激烈。
從微電網逐步過渡到綜合能源網或者微能源網,以及后來的能源互聯網,在能源互聯網這個概念,我們可以大致分成兩大類。
一類叫廣域的能源互聯網,叫全球能源互聯網,它是跨國、跨區域的,超高壓、特高壓骨干網為核心,以大規模輸送可再生能源為主要目的,實現跨國、跨洲、跨區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網,具有廣域資源配置和需求調節能力,是解決可再生能源可持續供應的重要手段。
我們現在研究的是局域的,地域的,是以園區或者跨園區的配電網為核心紐帶,目的是要消納分布式可再生能源,通過各種技術實現多種能源的高效利用和多元化主體參與的能源互聯網絡,這是不同類型的能源互聯網的概念。我們微能源網就屬于第二類。
通過專家的研討會,把能源互聯網給了一個相對比較合理的定義:以互聯網理念構建的一種新型信息和能源融合的網絡,以智能電網為基礎架構,融合了熱、冷、氣等多種能源形式,形成了一個智慧能源網絡,能夠實現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,實現能源的清潔、高效、便捷可持續利用,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,同時在消納方面也把商業、工業負荷、居民負荷,通過能源護欄網的控制和優化控制手段,通過它的信息調控實現了能源交換。
我們按照能源互聯網的基層層面分,有基礎設施層,包括管道、傳感器,然后是通訊層,通過通訊最后形成一個數據資源。這樣一個數據資源最后形成一個互動服務層,這是從層面上形成的這么一個理念,最后是通過政策引導來實現能源互聯網或者微能源網的高效、可靠、經濟的運行。
這是能源互聯網基本的架構,從供能側包括了可控、可調的大電網資源,包括可聯網或者可以孤島運行的小型微能源網,在微能源網中包括水、電、氣各種資源的優化,通過信息流以及能量流的傳輸,通過這樣的服務來為用戶服務。用能側分多鐘類型的用戶,用戶的特性、曲線、消納特征都不一樣。微能源網在這種消納過程中,就可以提供有效的協調和控制,使供能側和用能側平衡。
其中很重要的一個技術手段,就是我們通過綜合能量管理平臺,來管控園區內的能源和負荷的“三流”:能源流、信息流、業務流,最大限度的開發和利用可再生能源,提高它的利用效率,制定相關能源互聯網的一些技術措施的時候的一些做法。
這樣的信息感知平臺我們分幾大類:
1.首先把能源互聯網底層的各種設備和用戶運行的狀態,通過立體信息感知系統采集上來,實現對電、熱、氣、交通、用戶、氣象以及各種生產調度進行全方位的監控采集,得到一個完整的園區、跨園區微能源網的數據信息,這就要依靠智能采集系統。
2.智能通信與信息系統,尤其在最后一公里的時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、公用網等等構成一個信息系統。
3.能量和負荷的預測,預測的精度準不準,是能量精確管理和高效利用的很重要的前提。其中我們預測很多方法,包括我們對歷史數據的積累,通過不同的預測模型算法得到了一些結果。特別是放開了輸電端市場以后,預測顯得更加重要。大家知道直供,要求預測精度在95%—105%之間,預測誤差不能超過5%。如果預測電量低于5%,比如說95%以下,這個時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,所以預測非常重要,能量及負荷預測以及能源預測。
4.多能源優化調度。除了電還有天然氣、熱力、水,園區能源互聯網的多能互補可以形成優化,是這種調度。在園區能源互聯網協同優化調度的過程中,也集成了相關優化算法以及管理算法,對分布式能源儲能和負荷形態進行調控。優化調度有各種方法,其中主要是分層和分布式的兩類算法。在多能優化調度中,為了保證能安全可靠運行,智能保護和控制也很關鍵。
5.需求側響應。用戶如何能夠和電源、發電側進行友好互動?我們要有個需求響應策略和相關的框架。
6.高級應用服務。就是微能源網、能源互聯網的一些服務,包括高級能效服務,如何幫助用戶節能,對能耗、污染物排放進行分析,進行能效診斷和相關的統計。還有用戶定制的服務,未來微能源網和能源互聯網應該是對用戶一對一的定制服務,來實現優質的競爭水平。以及電網輔助服務,重要的是調頻、調風服務,電網出現故障的時候要有相應的備用。
這是整個能源互聯網管理平臺大致的框架,從智能決策、智能控制以及相關的應用系統來實現能源互聯網優化的調控。 來源:中國經濟網
