DQZHAN技術訊：未來輸配電網(wǎng)或不需要大規(guī)模儲能系統(tǒng) 但要關注四大關鍵技術
毋庸置疑，未來的能源體系肯定是可再生能源主導的。屆時，可再生能源發(fā)電是主要模式，電能在終端能源中的比重將上升。
中國科學院電工研究所所長肖立業(yè)在第十二屆中國電氣工業(yè)發(fā)展高峰論壇上對記者表示，理想的電網(wǎng)能夠將廣域范圍的各種變幻莫測的電力資源轉變成滿足變幻莫測的電力需求所需要的資源，并保障電網(wǎng)**可靠。因此，可以把智能電網(wǎng)看成是一個“能源計算網(wǎng)絡”，用戶從能源計算網(wǎng)絡中獲取可靠的電力。
肖立業(yè)認為，未來，智能電網(wǎng)關鍵技術的發(fā)展方向是可再生能源時空互補性、直流電網(wǎng)技術、超導與新材料技術的應用、信息技術的運用與智能微網(wǎng)技術。
整合時空互補性
時下，能源互聯(lián)網(wǎng)是一個火熱的議題。
而智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)主要是可再生能源與信息的融合，即通過可再生能源發(fā)電及電網(wǎng)和信息的融合，通過熱轉化及熱力網(wǎng)方式與信息的融合，通過轉化成氫、合成燃料等與電網(wǎng)、熱力網(wǎng)及信息的融合，通過市場與信息融合。
眾所周知，可再生能源輸出功率依賴于天氣，隨機性強，具有間隙性和波動性。而電力系統(tǒng)是一個復雜的動態(tài)過程，需維持供電和用電的實時平衡，保證系統(tǒng)的**穩(wěn)定性。這就形成了一對矛盾。
目前，我國智能電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)之一是有功功率實時平衡，挑戰(zhàn)之二是發(fā)電資源和負荷地理分布不均衡。因此，構建廣域電網(wǎng)仍將是我國智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。
合理利用廣域可再生能源時空互補性可以實現(xiàn)能源網(wǎng)跨地理區(qū)域資源優(yōu)化配置，同時能有助于改善電網(wǎng)有功功率的瞬態(tài)平衡問題，提高電網(wǎng)運行經濟性和穩(wěn)定性。
例如，中國科學院電工研究所此前開展的“我國廣域風能時空互補性調查研究”結果顯示，較單個站點，廣域風能時空互補后，功率滿發(fā)或為零的情況較少，總輸出功率波動明顯減緩。所有區(qū)域互補后，廣域風能輸出功率呈現(xiàn)“日高夜低”的波動特性，發(fā)電功率峰值出現(xiàn)在下午15:00左右，與負荷波動曲線呈一定相似性。在夏季，其功率與華東電網(wǎng)負荷的相關系數(shù)達0.601。
各區(qū)域內風能互補后，其1分鐘時間尺度輸出功率波動率相比單個站點下降48.8%、74.7%，10分鐘尺度風電功率波動下降56.6%、69.1%，已滿足或非常接近國家電網(wǎng)對接入風電波動率的要求。廣域風能時空互補后，無需配置儲能或者配置很少容量的儲能便能滿足現(xiàn)行我國風電的并網(wǎng)要求。
時空互補對未來可再生能源規(guī)模化利用將產生重大影響。如，節(jié)約區(qū)域線路傳輸容量，解決風電遠送;同一電網(wǎng)，可再生能源可滲透率增大;電網(wǎng)內旋轉備用容量需求減少;解決“三北”電網(wǎng)調峰難、棄風過多的現(xiàn)象;功率輸出更加穩(wěn)定、預測精度提高。
未來，廣域可再生能源的時空互補技術的發(fā)展方向包括：未來可再生能源輸電網(wǎng)結構的構建;包含可再生能源電網(wǎng)的運行方式;大電網(wǎng)不同時間尺度下儲能需求評估，跨區(qū)域多端直流輸電線路容量優(yōu)化。風光互補、風水互補解決“三北地區(qū)”棄風過多的問題。風光、風水、風光水打捆直流外送電力。多層次直流環(huán)網(wǎng)。
未來配電網(wǎng)應能有效整合各種資源的時空互補性，可再生能源燃料、生物質能、水電均是可調度能源，規(guī)模較大。因此，肖立業(yè)認為，完善的輸配電網(wǎng)也許并不需要大規(guī)模儲能系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)將可能**于微網(wǎng)層面以保障用戶供電可靠性和實現(xiàn)需求側響應。
電氣設備的重要意義
肖立業(yè)指出：“改變電網(wǎng)的結構和運行模式、提升電氣設備的性能和研制新型電氣設備，對于解決電網(wǎng)的問題非常關鍵。特別是，基于新材料的新型電氣設備和具有自適應功能的電氣設備，對于未來電網(wǎng)發(fā)展具有重要意義。”
在肖立業(yè)看來，未來，電網(wǎng)運行模式將逐步向直流轉變。因為直流輸電網(wǎng)不存在交流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題，適合于構建超大規(guī)模電力網(wǎng)絡，特別適合于不穩(wěn)間歇性、不穩(wěn)定性電源的規(guī)模化接入，電網(wǎng)的運行與電源動態(tài)特性無關，可更加方便接入不同類型的電源。直流輸電距離遠，單位輸送功率造價低，網(wǎng)絡損耗相對小，另一極發(fā)生故障時可單極運行，對環(huán)境無電磁干擾，控制靈活等。
國內外同行也有這樣的共識。2010年，中科院電工所**提出分層直流環(huán)網(wǎng)的結構模式以構建國家新能源電網(wǎng)。2012年，中國科學院咨詢項目“能源**中電網(wǎng)技術發(fā)展預測和對策研究”報告中，針對未來電網(wǎng)的發(fā)展趨勢指出：“未來電網(wǎng)的發(fā)展將受到新能源電力發(fā)展和智能化技術發(fā)展的作用，對未來電網(wǎng)發(fā)展模式影響*大的三項先進/前瞻性技術是多端直流輸電技術、超導輸電技術和儲能技術。”2013年4月，美國麻省理工學院公布了未來可能改變世界的十大科學技術，直流電超級電網(wǎng)就是其中一項。
電氣設備是智能電網(wǎng)的重要組成部分，而材料是構造電氣設備的物質基礎，電氣設備的功能特點在某種程度上是由材料的性質決定的。因此，采用新材料提升電氣設備的性能對于智能電網(wǎng)的發(fā)展非常重要。
綠色環(huán)保的新型材料在電網(wǎng)中應用能夠有效降低電力建設對于環(huán)境的破壞;新型半導體材料能夠提升電力電子器件的性能，推動電力電子技術的進步與發(fā)展;新型節(jié)能材料應用于輸變電工程能夠有效降低能量傳輸損耗并能產生長遠的經濟效益;新型能源材料能夠促進電網(wǎng)用大容量儲能技術的發(fā)展;新型智能材料在電網(wǎng)中的應用能夠提高電網(wǎng)的傳感檢測水平;新型電工絕緣材料能夠為保證電網(wǎng)的**性提供必要的支撐。
聚合智能微網(wǎng)
無論能源互聯(lián)網(wǎng)是一種什么概念，智能微網(wǎng)都是其中*重要的構成單元。通過用戶-能源-電網(wǎng)區(qū)域范圍聚合智能微網(wǎng)，構成能源互聯(lián)網(wǎng)，解決了大量分散資源參與的機制和運行問題，激發(fā)更多商業(yè)模式。
針對規(guī)模化推廣分布式能源，尤其是高比例分布式可再生能源接入的系列問題，未來以智能微網(wǎng)為基礎構建能源互聯(lián)網(wǎng)將是發(fā)展方向。主要包括信息融合、能源融合和網(wǎng)架。信息融合是指通過信息-設備-網(wǎng)絡的廣域融合，實現(xiàn)信息的擴展、融合、分析和挖掘，提供更多感知信息和決策;能源融合是通過多種能源相互補充和轉化，發(fā)揮不同供用能系統(tǒng)間的互動和轉化能力，并充分利用電能需求、天然氣需求、供熱需求間的峰谷交錯，既能改善可再生能源間歇性和隨機性的缺陷，也有利于提高能源綜合利用效率，增強運行靈活性和互動能力;網(wǎng)架是指通過基于多端直流的能量路由器互聯(lián)，將垂直網(wǎng)絡扁平化，釋放網(wǎng)絡更大的能源接入潛力和互動能力。
肖立業(yè)指出，未來智能微網(wǎng)的關鍵技術及發(fā)展方向是支撐區(qū)域智慧能源互動的信息技術與系統(tǒng)、基于能量路由互聯(lián)的供能網(wǎng)絡相關技術和能源互聯(lián)網(wǎng)下的互動、控制與管理。
目前，信息-能源-設備-電網(wǎng)從信息上仍然存在割裂，整個能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的信息孤島依然存在，需要信息-能源-設備-電網(wǎng)的融合;分布式能源和微網(wǎng)在生產過程和用戶用電過程中，信息不僅不完整且缺乏關聯(lián)和挖掘，阻礙其更加高效地融入系統(tǒng)并提供輔助服務。
支撐區(qū)域智慧能源互動的信息技術與系統(tǒng)的關鍵技術包括分布式能源信息、電網(wǎng)生產管理信息、地**象信息的多源異構數(shù)據(jù)融合，系統(tǒng)狀態(tài)、運行、資產、維護等多維數(shù)據(jù)挖掘與分析技術，信息物理融合的計算、感知、控制、風險預警與預防技術，能效管理與輔助決策。
交流網(wǎng)絡難以做到同一層相互連接，采用基于多端直流的能量路由器將能夠在同一層可挖地相互連通，轉移能量，釋放網(wǎng)絡更大的能源接入潛力和互動能力。不僅在電網(wǎng)上打破結構限制，并且在能源網(wǎng)絡上實現(xiàn)多能源間的互聯(lián)互濟。
基于能量路由互聯(lián)的供能網(wǎng)絡的關鍵技術包括多能耦合能源互聯(lián)的建模和計算分析，能源互聯(lián)微網(wǎng)群的系統(tǒng)網(wǎng)架與規(guī)劃技術，能量路由器等關鍵設備技術，大規(guī)模微網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)絡的穩(wěn)定控制與運行決策技術。
用戶/分布式能源具有生產者屬性，不僅需要主動配電網(wǎng)對分布式能源進行主動控制和管理，也需要用戶/分布式能源/微網(wǎng)等主動參與需求響應;大量信息數(shù)據(jù)和區(qū)域較大范圍聚合意味著變量大幅增加，目前控制和優(yōu)化模型均為簡化模型，且難以保證*優(yōu)。
能源互聯(lián)網(wǎng)下的互動、控制與管理的主要關鍵技術包括電力改革下微網(wǎng)與電網(wǎng)間互動機制、業(yè)務架構及仿真關鍵技術，微網(wǎng)群參與輔助服務的聚合優(yōu)化和控制，復雜互動環(huán)境下全局優(yōu)化方法。
伴隨其清潔、高效、綠色用電的需求也日益增長，用戶側的電動汽車充電站、分布式儲能、熱電聯(lián)產、可再生能源等多類型新型用戶和能源有大量的接入需求。
微網(wǎng)群互聯(lián)和互動構成的能源互聯(lián)網(wǎng)將在滿足高度供電可靠性和高效率的前提下，為用戶側各類型用電設備和分布式能源提供良好的接入環(huán)境，并能夠充分利用用戶側資源，使電網(wǎng)和用戶共同受益。
