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未來電網更具柔性化特征

時間:2018-7-26 17:38:39點擊:

  內“全球能源互聯網是以特高壓電網為骨干網架、以輸送清潔能源為主導、全球互聯泛在的堅強智能電網。”基于人類面臨的環境、氣候、能源供應等事關可持續發展的現實問題,國家電網公司董事長劉振亞提出了全球能源互聯網...
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  “全球能源互聯網是以特高壓電網為骨干網架、以輸送清潔能源為主導、全球互聯泛在的堅強智能電網。”基于人類面臨的環境、氣候、能源供應等事關可持續發展的現實問題,國家電網公司董事長劉振亞提出了全球能源互聯網戰略構想。堅強智能電網如何支撐全球能源互聯網、助力能源轉型?我們已經具備哪些技術優勢、未來又將在哪些方面開展重點研發和突破?
  帶著這些問題,記者來到位于北京昌平的未來科技城,專訪了國網智能電網研究院院長滕樂天。他以特高壓、泛在智能電網、清潔能源為線索,重點闡釋了柔性輸電技術、信息融合、儲能等重點研究方向。

  記者:國網智能電網研究院是國內首家專業從事智能電網關鍵技術和設備開發的高端研發機構,在特高壓、智能電網等方面取得了一系列重大創新成果。結合全球能源互聯網構想的提出,您是否能談一談相關領域未來的研究趨勢?
  滕樂天:確定研究領域,再明確關鍵問題,然后制定技術路線并進行技術攻關。這符合劉振亞董事長強調的“創業、創新、創造”“三創”的要求。國網智研院以領先性、突破性、創新性為導向,以“三創一化”為特征(原創、首創、獨創、物化),重點圍繞直流輸電、電力電子、信息通信、計算及應用、電工新材料、電力系統電力電子器件及應用、智能感知與量測、能源轉化與新型儲能等智能電網關鍵技術領域開展基礎性、前瞻性、戰略性研究和相關支撐服務。在特高壓、泛在智能電網、清潔能源這三個重要領域,智研院均有涉及。
  根據公司“十三五”規劃,要加快構建特高壓骨干網架。我國主網不斷升級,特高壓直流和交流技術需要進一步提升和完善。在常規直流方面,智研院成功研制了擁有全部自主知識產權的±800kV/5000A特高壓直流換流閥及閥控設備,打破了跨國公司近50年的核心技術壟斷,成功應用于錦屏至蘇南、哈密至鄭州、溪洛渡至浙西和靈州至紹興特高壓直流輸電工程中;掌握了±1100kV/12GW特高壓直流換流閥的成套設計技術,也具備了工程應用條件,將進行推廣應用。
  實現能源互聯,柔性直流是關鍵技術之一。與常規直流相比,柔性直流的巨大優勢在于能夠獨立控制有功和無功功率,更好地連接弱網與強網。目前我們已經成功研制了世界上首個±320kV/1000MW柔性直流換流閥及閥控系統,年底將在廈門柔性直流輸電重大科技示范工程中投運。下一步,我們將建設電壓等級最高、輸電容量最大的柔性直流工程。更高電壓等級的柔性直流技術發展,將解決直流組網的問題,比如,大規模開發的新能源可以通過柔直技術組網,集中送出。未來點對點的電力輸送也可以用柔性直流技術替代常規直流的應用,徹底解決換相失敗問題,這對電網控制、對清潔能源的送出都將帶來極大利好。為了使直流電網能夠安全運行,智研院成功研制了世界上首個200千伏的高壓直流斷路器,目前已通過技術鑒定,準備進行示范應用。
  在交流電網方面,需要進一步開展交流電網控制研究,要關注靈活交流輸電問題。我們最近提出的柔性變電站,其優勢在于:第一,一般的變電站對潮流沒有控制,而柔性變電站對潮流的進出都可以控制;第二,柔性變電站具有儲能功能,能夠對有功、無功起到支撐作用;第三,能夠對電能質量進行隔離,避免高壓、低壓之間的諧波互相傳遞。這將豐富電網調度運行控制手段,給未來電網運行方式靈活性、穩定性帶來新的變化,提高電網資產利用率,它的影響將是多方面的。
  無論交流還是直流,新技術的研發基礎是電力電子器件及封裝技術的不斷優化提升,由此來改善設備性能,讓電網更加柔性可控。
  記者:您剛才談了有關特高壓的關鍵技術。特高壓是全球能源互聯網的骨干,泛在智能電網是支撐平臺。您認為智能電網下一步發展中有哪些關鍵點?
  滕樂天:泛在智能電網需要實現的是信息與物理的高度融合,以及信息與信息系統之間的高度融合。實際上,我們目前的電網在某些方面,如配網自動化、調度自動化已經實現了信息與物理的融合,但是在其他方面的融合程度還不夠高。其中包括數據平臺的融合研究、功能規范的統一、芯片的研發等等。
  比如測量方面。通過信息物理融合來解決電網對自然環境、社會環境的測量,然后通過大數據、云計算等先進的計算方法,使測量的實時性、準確性提高。
  比如通過雷電監測系統能夠有效支撐調度系統的控制、預測。此外,輸變電領域還有氣象系統、狀態監測系統、調度自動化系統等多個系統,對這些系統進行大數據分析并快速診斷,可以預測線路故障,調整運行方式,有助于更好地避免大電網的波動,使電網的安全調度更有依據。
  另一個非常關鍵的技術就是儲能。關于儲能問題,目前的誤區在于專注于怎樣儲,而忽略了怎么用。對于儲能的發展應該重視兩個方面,一個是效率與成本,另一個是從儲到放的能量轉化速度。
  記者:請您具體闡釋一下,在儲能的未來發展中,這兩個方面的重要性將如何體現?
  滕樂天:第一,儲能的效率提升與成本降低,體現在能否實現商業化應用。目前的儲能設備成本仍然很高。第二,從儲到放的能量轉化,這個速度可能需要以秒級計算,甚至需要超能量釋放。電網需要旋轉備用,目前主要是火電。將來如果大規模儲能從技術上解決了上述兩個問題,就可以大大降低作為電網的事故旋轉備用的火電機組數量。大規模的區外輸電、清潔能源包括海上風電等等,都可以用儲能來支撐,有利于環境保護。
  不要小看分布式儲能,尤其是對于商業用戶,晚上的時間段無需用能,如果晚上儲能、白天用能的話,用電的總成本就會更便宜。這種分布式儲能還可以進行冷、熱、儲三聯動,循環起來,綜合效益就上去了,對電網也能起到削峰填谷的作用。
  城市里的分布式儲能與調度系統安全接入后,還可以在電網遇到緊急事故時提供應急支撐,這是對電網的巨大支持。另外,商業區自成微網,遇到緊急故障或事故時,釋放儲能可以支持自身的基本照明等需求,給應對突發事件贏得時間,對整個城市來說能減少危害性,也有利于公共安全和穩定。
  可以說,未來的智能電網,儲能是關鍵。儲能不能局限于一種類型,在清潔能源、分布式用戶端、配網側,包括主網等不同的領域,儲能用法不同,比例不同。怎樣使儲能在全社會、全網層面更加合理、經濟的使用?儲能需要從這個角度來分析和規劃,而不是就事論事,碎片化地只談一兩種技術。智能電網的發展趨勢,就是讓電網的整個網絡連接更柔性、更可控,儲能就要發揮更大的作用。
  另外一點是對能源轉化的理解。今年6月,劉振亞董事長訪問美國斯坦福大學,與專家教授交流了有關能源利用的思路,闡述了全球能源互聯網構想。在全球能源互聯網構想下,將全球富余的電能進行時差分布以后,多余的電能就可以參與轉化成其他形式能源。未來的能源系統,要提升能源交互轉化的能力,能源互聯網就是需要各種能源之間互相支撐。
  不同能源之間的轉化,譬如氫能源,可以用電來制氫,氫又可以儲能,儲能又能發電支撐電網,這就是一個能源轉化、相互支撐的過程。因此,未來,要高效規模化電-熱(冷)、電-氫能源轉化、碳捕捉、電制甲烷及汽柴油合成和新能源電力的海水淡化及冷熱氫聯產等技術,為電網與熱力網、天然氣網等不同能源網絡之間的柔性互聯,能源的大規模、網絡化轉換、存儲和高效利用提供技術支撐。在未來的能源系統中,多種能源的融合交互應用將帶來巨大的綜合效益,有效降低用能成本。
  信息安全問題也非常重要,它是一個博弈,永無止境。在發展全球能源互聯網中,信息安全更是重中之重。這方面投入應該是持續的。
  記者:“互聯網+”是一個熱詞,您認為互聯網技術對智能電網建設起到了怎樣的作用?
  滕樂天:其實電網系統很早就具有了互聯網特征,實際上調度自動化系統就是一個互聯網。上千公里以外的發電機組只要并上網,就開始由調度自動化系統自動控制。應該說電網的自動化程度已經是相當高了。但未來要進一步實現智能化,其特征應該更加柔性,讓電網更可控、可調。實現了這一點,電力系統整體的經濟性、資產利用率就會更高。


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