未來(lái)電網(wǎng)安全經(jīng)濟智能的解決方案

8月6日的南京，天氣依然熱力不減，而比溫度更火爆的，是南瑞集團公司舉辦的“紫金論電”——智能電網(wǎng)保護和運行控制國際學(xué)術(shù)研討會(huì )的現場(chǎng)。一天時(shí)間內，來(lái)自中、美、英、德、韓等國的400多位專(zhuān)家共聚一堂，熱鬧非凡，30余個(gè)主題演講飽滿(mǎn)充實(shí)，每位參會(huì )者都關(guān)心著(zhù)電網(wǎng)發(fā)展的未來(lái)。在使用清潔能源替代化石能源成為全球共識的大背景下，未來(lái)，電網(wǎng)往哪里去，研究者該怎么做，從他們的探討中，我們尋找到了有力的答案。

未來(lái)電網(wǎng)

綠色、安全與經(jīng)濟必須考量

資源緊張、環(huán)境污染、氣候變化，這三大人類(lèi)共同面對的問(wèn)題，不斷加劇著(zhù)生存的緊迫感，也推動(dòng)世界能源生產(chǎn)消費轉型的巨輪加速轉動(dòng)。關(guān)于能源變革的呼吁由來(lái)已久，小到個(gè)人的節約行為，大到國家的發(fā)展戰略，走綠色可持續發(fā)展的道路已經(jīng)達成全球共識。在剛剛開(kāi)幕的里約奧運會(huì )的開(kāi)幕式上，當寓意森林的綠色五環(huán)緩緩從地面“長(cháng)出”時(shí)，我們都能感受到一個(gè)國家對于綠色發(fā)展的深刻認知和熱切呼喚。

會(huì )議上，江蘇電網(wǎng)今夏負荷屢創(chuàng )新高的消息獲得關(guān)注。得益于特高壓工程，西部的清潔電不斷地輸送到江蘇這個(gè)負荷大省。有數據表明，江蘇使用的每4度電中，就有1度電是來(lái)自西部的清潔電。

“來(lái)的是遠方清潔電，使本地煤電發(fā)電量減少，意味著(zhù)霧霾也相應減少了四分之一。”聽(tīng)到這個(gè)消息，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(cháng)、中國工程院院士薛禹勝非常欣喜，“這一切如果沒(méi)有堅強電網(wǎng)的支撐，不可能實(shí)現長(cháng)距離電能傳輸。輸電線(xiàn)路太重要了，怎樣做好維護工作，使它在任何情況下都不會(huì )影響民眾用電需求，是值得研究的問(wèn)題。”

毫無(wú)疑問(wèn)，可再生能源已經(jīng)進(jìn)入人們的生活。屋頂上的光伏板，海邊建起的風(fēng)電場(chǎng)，當越來(lái)越多“不聽(tīng)話(huà)”的可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)，對未來(lái)電網(wǎng)運行的安全穩定性提出了更高的要求。

“隨著(zhù)人口增長(cháng)、電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源的發(fā)展，需要建設更具彈性、安全、可靠、高效的電網(wǎng)，以滿(mǎn)足社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展的需要。”電氣與電子工程師學(xué)會(huì )電力與能源協(xié)會(huì )秘書(shū)長(cháng)、美國聯(lián)邦能源監管會(huì )高級顧問(wèn)卞建華說(shuō)。

如何在輸配系統中有效使用可再生能源?如何更好地實(shí)現可再生能源電力的遠程輸送?如何可靠和高效地管理微網(wǎng)?儲能如何為可再生能源的間歇性提供完整的解決方案?配電系統運營(yíng)商的福利和條件是什么?這些將是未來(lái)電網(wǎng)面臨的問(wèn)題。

對未來(lái)大電網(wǎng)安全性與經(jīng)濟性的關(guān)注，是此次會(huì )議的重頭戲。專(zhuān)家們介紹了許多前沿技術(shù)，用于降低多種電源接入電網(wǎng)后帶來(lái)的風(fēng)險。美國工程院院士安然˙博斯從輸電、配電、用電三個(gè)層面提出為保障電力系統經(jīng)濟可靠運行需執行的相應措施;英國曼徹斯特大學(xué)教授弗拉基米爾˙特茲亞分享了英國電力系統大停電的防御對策;德國TUV萊茵集團專(zhuān)家德克˙羅伊夫斯特克分享了德國智能電網(wǎng)通信、信息安全和檢測的相關(guān)經(jīng)驗……

仿真技術(shù)、數據建模、綜合防御體系、虛擬同步機等技術(shù)支撐讓電網(wǎng)更加靈敏和智能，技術(shù)的成熟也為可再生能源開(kāi)發(fā)及使用成本的降低奠定了基礎。

“應該不斷降低成本，使可再生能源發(fā)電與煤電價(jià)格相比具有同等競爭力。”薛禹勝院士表示，安全性和經(jīng)濟性是必須考量的因素，舉例來(lái)說(shuō)，現在美國的光伏發(fā)電約4美分1度電，如果價(jià)格進(jìn)一步降低，將給可再生能源帶來(lái)更大的發(fā)展空間。

因地制宜

一攬子解決方案更受歡迎

智能電網(wǎng)概念起源于美國，其重點(diǎn)在于提升電網(wǎng)安全可靠性，歐洲注重可再生能源接入的環(huán)保問(wèn)題，韓國則借用IT技術(shù)優(yōu)勢推動(dòng)“綠色電力IT”項目。相比之下，我國則是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎，利用先進(jìn)的通訊、信息和控制技術(shù)，構建以信息化、自動(dòng)化、數字化為特征的堅強智能電網(wǎng)。

雖然側重點(diǎn)不同，但各國都根據本國實(shí)際情況，探索最合適的未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展道路。

以巴西為例，與中國一樣，巴西也存在著(zhù)能源中心與負荷中心分布不均衡的狀況。巴西里約熱內盧聯(lián)邦大學(xué)教授毛里齊奧˙阿雷德斯表示，這種能源資源稟賦決定了大容量遠距離交直流輸電技術(shù)在巴西電網(wǎng)中的必要性，由此帶來(lái)的電網(wǎng)保護和調度運行控制問(wèn)題，則是他們重點(diǎn)研究的方向。

在英國，大規模分布式能源接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)運營(yíng)者同樣面臨著(zhù)頻率管理、電壓管理等方面的挑戰。英國國家電網(wǎng)公司代表張勝祥分析了未來(lái)電網(wǎng)運行框架，提出由調度機構協(xié)調全網(wǎng)所有資源來(lái)滿(mǎn)足電力系統的要求，給出需求側管理、提高發(fā)電靈活性、電網(wǎng)互聯(lián)等解決方案。

在中國，國家電網(wǎng)公司在可再生能源技術(shù)方面的實(shí)踐，給國際電工委員會(huì )前副主席恩諾˙里斯留下了深刻印象。“國家風(fēng)光儲輸示范工程中，各種不同的儲能系統安裝在實(shí)驗室里，通過(guò)對比分析確定其適合發(fā)展的領(lǐng)域，這確實(shí)令人印象深刻。”

隨著(zhù)智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)踐逐步落地，人們充分認識到，這將是未來(lái)解決能源問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，它將以最小的環(huán)境和資源成本，更加高效、便捷地滿(mǎn)足日益增長(cháng)的電力需求。同時(shí)，智能電網(wǎng)是環(huán)環(huán)相扣的復雜整體，只有多種技術(shù)共同發(fā)展，不斷探究各種可能性，才能更好地適應未來(lái)變化。

“在我看來(lái)，儲能是未來(lái)電網(wǎng)非常重要的一門(mén)技術(shù)，不知道這個(gè)問(wèn)題您怎么看?”會(huì )議上，面對觀(guān)眾的提問(wèn)，美國國家可再生能源實(shí)驗室電力系統工程中心主任本˙克羅伯斯基傳遞了這樣一個(gè)理念，他認為儲能的確是未來(lái)電網(wǎng)解決方案中的一種，但卻不是唯一的解決方案。作為研究人員，應全面考量各種可能性，選出最合適的電網(wǎng)解決方案。這與薛禹勝院士的觀(guān)點(diǎn)不謀而合。

“解決能源問(wèn)題不是單靠某種解決方案就能實(shí)現的。”薛禹勝院士在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，當前電網(wǎng)發(fā)展面臨諸多挑戰，比如多種電源出力平衡與互補的問(wèn)題，提升負荷預測能力的問(wèn)題及電動(dòng)汽車(chē)如何更加智能化、雙向互動(dòng)的問(wèn)題。他表示，未來(lái)電網(wǎng)的變革性發(fā)展，必須形成一個(gè)全面的解決方案，將所有可能應用的技術(shù)充分融合，同時(shí)用盡可能小的經(jīng)濟成本，發(fā)掘電網(wǎng)發(fā)展的更多可能性。

創(chuàng )新探索

讓智能電網(wǎng)走在世界前列

當前，中國全面實(shí)施創(chuàng )新發(fā)展戰略，提出建設世界科技強國的目標，中國倡導推動(dòng)構建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，在世界范圍引起廣泛關(guān)注，形成重要共識。能源互聯(lián)的大趨勢，為清潔能源快速發(fā)展帶來(lái)機遇，也促進(jìn)相關(guān)技術(shù)研究和國際交流的廣泛開(kāi)展。

“在大電網(wǎng)運行控制方面，中國已經(jīng)走在世界前列。”南瑞集團負責人在接受采訪(fǎng)時(shí)自信滿(mǎn)滿(mǎn)。這源于技術(shù)創(chuàng )新的底氣。本次會(huì )議依托的南瑞集團國家重點(diǎn)實(shí)驗室是我國第一個(gè)智能電網(wǎng)保護與運行控制方面的重點(diǎn)實(shí)驗室，圍繞繼電保護、安全穩定、智能調度和變電站自動(dòng)化等四個(gè)方向，攻克了智能電網(wǎng)諸多關(guān)鍵技術(shù)和運行中的重大技術(shù)難題。

今年7月，由南瑞集團承擔的我國首個(gè)系統保護試點(diǎn)工程——“華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調控制系統”投入運行，有效保障了華東電網(wǎng)汛期西南清潔能源大送電期間的安全穩定運行。以該項目在江蘇實(shí)施的國內首套大規模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統為例，將大電網(wǎng)的事故應急處理時(shí)間從原先的分鐘級提升至國際領(lǐng)先的毫秒級，傳統電網(wǎng)緊急事故情況下“一刀切”停電的時(shí)代一去不復返。

技術(shù)創(chuàng )新讓電網(wǎng)更加安全與智能。近年來(lái)，國家電網(wǎng)公司大力推動(dòng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)構建，持續開(kāi)展全球能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)研究，電網(wǎng)安全穩定控制、大電網(wǎng)運行狀態(tài)感知和故障診斷等技術(shù)取得重大進(jìn)展。實(shí)現電網(wǎng)實(shí)時(shí)監測從穩態(tài)到動(dòng)態(tài)、電網(wǎng)分析從離線(xiàn)到在線(xiàn)、電網(wǎng)控制從單獨到協(xié)同、電網(wǎng)調度從局部到全局的重要技術(shù)進(jìn)步。

同時(shí)，在長(cháng)距離大容量輸電技術(shù)上，中國也處于世界領(lǐng)先水平。“超高壓和特高壓直流輸電在中國的長(cháng)距離輸電中已經(jīng)廣泛應用，最高電壓等級已達1100千伏。”國家“千人計劃”專(zhuān)家曹均正表示，中國已經(jīng)掌握了特高壓直流和VSC直流大部分應用和測試技術(shù)，中國提出的全球和洲際能源互聯(lián)也已展開(kāi)工作。

技術(shù)創(chuàng )新的豐碩成果，是國際交流合作繁榮局面的保證。在IEC標準制定方面，中國身影非?；钴S。國際電工委員會(huì )前副主席恩諾˙里斯在演講中提到的數字令人記憶猶新，迄今約有400位中國專(zhuān)家參與了IEC標準化工作。

另外，積極傳播中國最新電力研究成果，對于促進(jìn)國際交流亦非常有利。以南瑞集團為例，其主辦的英文期刊《MPCE》(現代電力系統與清潔能源學(xué)報)在電力能源領(lǐng)域影響因子排名亞洲第一。這本在國外發(fā)行的期刊也成為宣傳中國電力最新研究成果的前沿陣地，將隨著(zhù)中國電力裝備一同“走出去”，為世界電力事業(yè)發(fā)展貢獻力量。“希望這本期刊能成為我們另一張‘走出去’的名片。”薛禹勝院士在接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)。

未來(lái)的電網(wǎng)究竟什么樣，在技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，任何可能性都存在。傳統電網(wǎng)的蛻變，需要一個(gè)過(guò)程。但我們相信，通過(guò)各方努力，未來(lái)電網(wǎng)終將以安全、清潔、高效、智能的姿態(tài)，為人們送上更加便捷貼心的服務(wù)，引領(lǐng)人類(lèi)在可持續發(fā)展的綠色道路上不斷前行。