混合发电模式主导未来电力系统

／本刊记者 贾常艳／

混合发电模式主导未来电力系统

／本刊记者 贾常艳／

建设清洁低碳、安全高效、可持续发展的现代能源体系是我国能源转型的目标。而能源转型目标的实现取决于电力系统的转变：主导能源由化石能源转向低碳可再生能源；运行方式由分散单一转向混合互联。在转变的过程中还需要多项技术和配套设施的支持，任重道远。

近年来，太阳能发电、风能等可再生能源的发展对电网的发展又提出了新的要求，清洁环保、透明开放、大规模接入等满足可再生能源发电的友好接入是未来电网必备的素质。也正是基于此，能源互联网渐渐产生。“它的网架结构更为灵活，以信息的双向流动和数据交互为前提，整个电网系统的开放性进一步得到提升，一方面要实现集中式和分布式可再生能源发电、储能设备、电动汽车以及相关用能装置的即插即用；另一方面是创造一个开放的商业形态，能量流、价值流都可以实现双向交互，电力生产和消费的边界逐渐模糊，所有社会单位都成为了能源可持续发展的贡献者。”联合国政府间气候变化专家小组（IPCC）特约科学家伍德罗·克拉克这样描述能源互联网。所有的这些变化和需求都在迫使电力系统作出改变。

未来的电力系统到底该以什么样的面貌呈现呢？

中国电力科学研究院智能配电网首席专家马钊指出，电网在2020年及以后（甚至到2040年）至少向着如下两种模式发展：①互联大电网：负荷区域和大型集中式可再生发电站之间大传输功率的互联大电网的重要性的提升。采用大电网连接不同国家的能源市场；大型能源网络越发重要；②主动配电网：大量小型及大型包含分散式发电厂、储能、有功用户参与的自我供给配电网的簇拥出现，导致必须采用主动配电网对有功和无功进行管理。主动配电网被视为解决日益突出的环保、经济、可靠等问题的方法。因此马钊认为未来电力系统很可能以互联大电网与小型微电网两类模式的混合形式出现，相辅相成。

中国电力科学研究院周孝信院士指出高渗透可再生能源、高比例电力电子装备的多能互补的电力系统是未来的发展趋势。新材料新技术新装备研发应用于电网，对电力系统发输配用各环节的发展形态、系统整体效率、运行控制方式和运营模式带来革命性、颠覆性，而这也是未来电力系统的新方向。

伍德罗·克拉克指出，混合的发电模式是未来电力系统的真正需求，因为能源供给日益分散化，需求响应会更加灵活和智能化；所有微系统与中央电网协同运作，可以保证供电可靠性与经济性。而混合发电模式是一种敏捷的电网结构，有助于全社会最大限度地提高可再生能源的消费占比。

国家电网公司董事长舒印彪在2017大连夏季达沃斯新领军者年会上指出，“未来电网还将不断投入，研发出生态电力系统，在安全可控的前提下，与可再生能源实现灵活柔性、广泛互联。”

由此看来，混合发电、互联互通的模式将会主导未来的电力系统。

基于未来电力系统的发展模式，马钊还提出了十大关键技术问题，即：①主动配电网将导致在配电网电压等级和更高电压等级网络中产生双向潮流与数据流 （合理的智能控制技术）；②先进测量与监测设备的使用以及对信息交换的大量需求（传感技术及大数据）；③在各电压等级下直流技术与电力电子（PE）应用的增长及其在电能质量、系统控制、系统安全以及系统标准化方面的影响；④储能系统中重要设备的发展及其对电力系统运行发展的影响；⑤针对系统运行、系统控制和市场/法规规划，建立计及主动用户与不同发电形式间相互作用的新概念；⑥发电厂的不同特征和发展中电网保护的新概念；⑦计及新输电/配电接口的全新规划概念、环境约束的增加以 及有功无功潮流控制的新技术；⑧新用户、新发电机、新网络特征下评价系统技术性能的新方法；⑨线路容量的增长，架空、地下、水下设施的使用，及其对网络技术性能和可靠性；⑩使利益相关者了解技术和经济效益，吸引他们加入电网未来发展。

其中面临的挑战也非常多，马钊指出如何建立合理的智能控制技术来实现大量小型电源之间的协调是一项新的技术挑战。首先需要获取数据信息（配电网自动化、家庭能源管理以及电动汽车的数据信息），这就需要安装大量的智能电表和需求侧响应电表。同时，还需要研究合理的配电网结构以确保其能够为当地的能量平衡提供更好的保障。另外，由于市场和制度正潜移默化地向着高效管理、公平公正、成本回收的方向进化，以市场为导向的分布式发电（如虚拟电厂）控制技术也是应对该项挑战的可能方法之一。在交流电网发生故障时，直流和基于电力电子（PE）的发电站在动态响应和性能方面较传统发电厂和交流线路有着显著的区别。许多情况下，如何选用适当的设计和控制方法，从而大大增强全网的可靠性是需要考虑的重要问题。高压直流电网是一种与传统电网在动态响应和性能上皆有着明显不同的全新电网形式。建立完善的HVDC电网，需要灵活使用制造业的各种设备，并逐步完善各项标准和网络节点。高压直流电网是一种全新电网形式，为了使其逐步的建立起来，需要建立相应的标准以及电网技术准则。同时，不同制造商提供的设备也应该具有互换性。如何满足日益增长的终端直流供电的需求（例如居民用户和商业建筑等）也是挑战之一。发电站随机组合以及柔性负荷和储能导致的负荷变动所带来的运行挑战。包括：功率平衡、阻塞管理、市场规划和规范机制的改进，以及促进含用户和RES参与的电力市场、有功无功储备和风险管理等。自动化水平的提升：新开发软件的工具可以快速地确定系统在整个网络中的状态，其可提供决策支持，并为系统运行、自动化结构以及电气参数的调整、转供自动化、事故恢复等提供警示。新的输电网广域保护系统（WAPS）将可克服特定类型继电保护在可靠性、灵活性、检修成本方面的局限性和不足。此外还有抽水蓄能和电池储能的协调发展问题，将智能化技术引入到输配电设备中的技术问题等。

周孝信指出大数据技术在能源互联网的应用、基于新一代材料和新技术新型高效低成本的储能装备、耐高压高绝缘强度复合绝缘材料的新型电缆、新型高温超导材料和大容量高温超导电力传输、区块链等不断涌现的信息通信新技术等颠覆性技术对电力系统有着至关重要的作用。

建设清洁低碳、安全高效、可持续发展的现代能源体系是我国能源转型的目标。而能源转型目标的实现取决于电力系统的转变：主导能源由化石能源转向低碳可再生能源；运行方式由分散单一转向混合互联。在转变的过程中还需要多项技术和配套设施的支持，任重道远。