智能電網(wǎng)能否解決分布式電源并網(wǎng)難題？

德國的能源系統已經(jīng)歷了廠(chǎng)網(wǎng)分離、輸配分離、配售分離以及電力交易市場(chǎng)化多年，積累了能源領(lǐng)域眾多的成功經(jīng)驗。其中，新能源發(fā)電量已經(jīng)占到總發(fā)電量的30%以上，90%以上又是直接并入配電網(wǎng)(在德國一般是10kV和20kV)。由此，所謂的分布式發(fā)電在德國已經(jīng)實(shí)實(shí)在在的推廣應用了。以德國的智能配電網(wǎng)發(fā)展作為案例可以指引未來(lái)技術(shù)方向。

說(shuō)到新能源，廣大受眾的第一印象會(huì )是“波動(dòng)的”能源：依靠老天吃飯而“不可控”。如果大力發(fā)展分布式新能源，是否會(huì )出現電源波動(dòng)的問(wèn)題?是否會(huì )影響用電質(zhì)量?實(shí)際上，新能源帶來(lái)的問(wèn)題還并不止這些。電流將打破傳統概念而從低壓向高壓流動(dòng)，產(chǎn)生逆向潮流問(wèn)題進(jìn)而影響局部電壓，由于短路電流提供不足產(chǎn)生保護設備重新設計問(wèn)題，用戶(hù)側最關(guān)注的電能質(zhì)量和電網(wǎng)側關(guān)注的功率因數的問(wèn)題也會(huì )出現。新能源并網(wǎng)裝置，即電力電子器件的發(fā)展已經(jīng)有較好的發(fā)展，如光伏逆變器的能量轉換效率最高可達到98%以上，基于這方面的技術(shù)發(fā)展將逐漸地不再給產(chǎn)業(yè)升級造成瓶頸。由于所產(chǎn)生的問(wèn)題多是系統問(wèn)題，若想發(fā)展大規模分布式并網(wǎng)，需要在系統，即配電網(wǎng)中解決，這正是多個(gè)國家提倡的智能電網(wǎng)的重要組成部分——智能配電網(wǎng)。

未來(lái)智能配電網(wǎng)的發(fā)展方向不外乎將在節能、安全性和經(jīng)濟性這三個(gè)元素之間尋找平衡，在電力行業(yè)中，可以解讀為節能降損、提高供電安全性和減少電網(wǎng)建設整體投資。結合需求側管理技術(shù)和應用的智能配電網(wǎng)可以使大規模新能源并網(wǎng)的經(jīng)濟性最優(yōu)化，充分利用有限的電網(wǎng)傳輸容量，并且保證高質(zhì)量的電能供應。實(shí)現這一目標還主要依靠傳統的三種技術(shù)，即測量、控制和自動(dòng)化技術(shù)。對于配電網(wǎng)運營(yíng)商(DSO)而言，將更需要了解前沿的技術(shù)趨勢和相對應的經(jīng)濟性和安全性，即所謂的總體效率。具體哪些技術(shù)今天已經(jīng)存在，其中哪些可以作為解決以上問(wèn)題的萬(wàn)能鑰匙是我們不斷關(guān)注的重點(diǎn)。

電網(wǎng)的智能化有哪些技術(shù)形式或產(chǎn)品組成?對此，不同背景的公司會(huì )有完全不同的解讀。不論怎樣，其中將主要包括以下幾點(diǎn)：新能源發(fā)電，即節能環(huán)保的發(fā)電形式，更有利于可持續的智能化發(fā)電模式;未來(lái)市場(chǎng)機制，如電力服務(wù)、電力保障和電力交易;電力數據的測量和處理，如智能電表、大數據云端處理、智能網(wǎng)關(guān);大型國家的電力互聯(lián)網(wǎng)，洲際電力互聯(lián)網(wǎng)，跨州電力互聯(lián)網(wǎng)等;智能電力消費終端，如智能產(chǎn)業(yè)園區、智能樓宇、智能工廠(chǎng)、智能家居等;多種儲能形式和電動(dòng)汽車(chē)這樣的智能負荷。按照業(yè)界通用定義敘述為：>智能的電網(wǎng)即為這樣一個(gè)電力網(wǎng)絡(luò )，它可以整合消費端和不同形式的發(fā)電端，并確保節能、供電安全和經(jīng)濟性。

傳統配電網(wǎng)是單向電流流動(dòng)，配電網(wǎng)只接收負荷，變壓器為普通配電網(wǎng)臺區變壓器，配以簡(jiǎn)單的保護和自動(dòng)化、通信設備。未來(lái)配電網(wǎng)，即所謂的智能配電網(wǎng)擁有復雜的分布式供電系統，造就了復雜的雙向潮流，需要安裝智能電表等測量裝置，并在低壓側有儲能設備和電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)，需要配電網(wǎng)對低壓端口進(jìn)行調控和雙向通信，不論中壓還是低壓都將配有復雜的線(xiàn)路保護。這些巨大的變化發(fā)生之快，是很多配電網(wǎng)運營(yíng)商猝不及防的。至今，還只有少數配電網(wǎng)運營(yíng)商擁有效率極高的監控系統，不論配電網(wǎng)運營(yíng)商還是輸電網(wǎng)運營(yíng)商未來(lái)必須要快速地和經(jīng)常性地應對動(dòng)態(tài)的發(fā)電曲線(xiàn)、潮流逆向、配網(wǎng)側頻繁無(wú)功補償裝置投切和電壓調節等新的挑戰。

以德國配電網(wǎng)發(fā)展為例，德國電力網(wǎng)絡(luò )在幾十年的發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)成為歐洲最堅強的電網(wǎng)系統。年平均停電時(shí)間在16分鐘以?xún)?，對應的系統可靠性為99.99%。超過(guò)800家的德國電網(wǎng)運營(yíng)商運營(yíng)著(zhù)超過(guò)178萬(wàn)公里的電力網(wǎng)絡(luò )，多數當然是低壓網(wǎng)絡(luò )，連接著(zhù)本地的配電網(wǎng)運營(yíng)商，最終并入高壓網(wǎng)絡(luò )。這種布局已經(jīng)存在了數十年沒(méi)有改變，這些傳統網(wǎng)絡(luò )是上個(gè)世紀設計的，并沒(méi)有考慮應對大規模新能源并入、大量的節能減排要求和新的經(jīng)濟性指標，所以配電網(wǎng)升級換代已經(jīng)刻不容緩?；谶@些情況，德國政府和歐盟正在支持大規模的智能電網(wǎng)科研項目。