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新能源电力系统与能源互联网的对接与整合

[日期:2015-06-04]   来源:国家电网报  作者:   [字体: ]


杰里米·里夫金在其着作《第三次工业革命》中提出,处于能源中心的国家必将引领世界的发展。在第三次工业革命到来前夕,谁能够在可再生能源的开发利用上占据领导地位,谁就能够引领人类历史上新的生产变革。

随着化石燃料的日渐枯竭,以及传统能源开发利用所带来的环境污染、气候变化等问题日益严重,大规模开发利用可再生能源,提高能源利用效率,减少污染排放,保障能源供应和能源安全是当前我国能源革命的核心内容和必然选择。新能源电力系统和能源互联网概念的提出,为解决上述问题提供了一整套完整的技术路线方案。两者有什么不同,存在什么样的耦合关系,如何将两者的功能进行整合,都是当前亟须解决的问题。

新能源电力系统

——新型电力系统架构

传统电力系统以煤炭、石油、天然气、水能等传统能源作为一次能源,由于其可储存的特性以及稳定可靠的发电技术,使得电力系统供应侧可控可调。随着可再生能源发电的大规模接入,风能、太阳能等可再生能源作为一次能源具有的不可储存及波动特性,使得风电等可再生能源发电出力具有较大的不确定性,电力系统供应侧可调控性降低,电力系统呈现出较强的供需双侧随机性。新能源电力系统就是通过电力系统结构、运行方式的根本性变革,使电力系统更够承受供需双侧不确定性对系统的冲击,保证可再生能源的安全高效利用。

新能源电力系统的主要特征有两点:

第一,高可再生能源利用比例。高渗透率的可再生能源电力是新能源电力系统的重要特征。由于风能、太阳能等可再生能源较低的能量密度以及我国可再生能源资源主要集中在“三北”地区的分布格局,未来我国的新能源电力系统应该是集中式与分布式可再生电源、远距离大电网输送与区域微网就地消纳相结合的形式,从而保证系统能够最大限度地利用可再生能源电力。

第二,供应侧的横向多能源互补,系统纵向源—网—荷—储协调互动。安全高效利用可再生能源是新能源电力系统的重要目标。在供应侧,一方面,利用可再生能源发电精确预测技术、新型可再生能源发电设备及控制技术,最大程度上做到对风电等可再生能源发电出力的可调可控;另一方面,通过可再生能源与传统水火电、抽水蓄能电站之间,不同可再生能源之间,集中式与分布式可再生能源之间的协调控制,实现多类型能源电力互补,使得供应侧整体呈现出稳定的出力特性,减小可再生能源发电出力波动对系统造成的冲击。在输配环节,新型的电网结构、先进的输配电方式、控制和安全防御系统及储能设施的建设和应用,使得电网对可再生能源拥有足够的接纳能力,最大限度地避免物理通道对电力资源优化配置的影响。在需求侧,一方面,通过AMI及先进的通信系统,使用户能够实时掌握自身用电情况与不同层级的系统运行情况,根据价格响应信号,调整自身的用电行为;另一方面,通过先进的控制技术,能够对用户的终端用电器做到精确计量与控制,最大程度的利用需求侧“暗储能”潜力。

综上所述,新能源电力系统核心特征就是要借助相关的技术手段,实现电力系统中真正意义上的“横向多源互补,纵向源网荷储协调”,从而最大限度地利用可再生能源,逐步提高可再生能源在电力一次能源消费中的比例,最终使得可再生能源在我国电力能源结构中占据主导地位。

能源互联网

——新型能源利用体系

目前对于能源互联网还没有准确的定义,根据杰里米·里夫金对能源互联网的描述,能源互联网应该是一种依托于可再生能源技术、通信技术及自动控制技术,以集中式和分布式可再生能源为主要能量单元,能够实现双向信息数据的实时高速交互,涵盖多类型能源网络与交通运输网络的新型能源利用体系。在“能源互联”背景下,传统的以生产顺应需求的能源供给模式将被彻底颠覆,处于能源互联网中的各个参与主体都既是“生产者”,又是“消费者”,互联共享的能源互联网价值观将逐步形成。

从互联网观念出发,能源互联网的主要特征有以下几点:

第一,开放。传统互联网之所以能够实现信息的高速实施传输,主要取决于其开放式的体系结构。能源互联网具有高度的开放性,能够实现分布式可再生能源发电设备、储能设备、负载设备及电动汽车的无差别对等接入,以及能量流和信息流的快速流动。

第二,互联。能源互联网能够实现区域能源网络内部分布式电源、分布式储能及需求侧资源互联协调,实现内部能源供需平衡;同时,能源互联网能够保证各个局部能源网络、集中式可再生能源发电及大规模储能设备之间的互联互通与协调控制,保证整个系统运行的可靠性和经济性。

第三,对等。与传统电网自上向下的结构相比,能源互联网呈现出扁平化的组织架构,各参与主体既是“生产者”又是“消费者”,这也就意味着能源互联网要为各能量自治单元提供对等互联的服务,从能量交换的角度,能源互联网中任意节点都是平等的。

第四,分享。分享是能源互联网的重要特征。能源互联网能够实现各局域网间能量交换与路径选择的实时进行。能源互联网为能源和信息交互提供了一种共享平台,通过能源流和信息流的双向流动促进能源高效利用和资源优化配置。

两者都强调“横向多能源互补,纵向源网荷储协调”的多元协同控制。无论是新能源电力系统还是能源互联网,都强调能源供应、输送、消费一体化协同及不同类型一次能源之间的协调优化控制。

一方面,新能源电力系统和能源互联网都将供需双方信息流与能量流的双向互动作为供需双侧互动的基础。需求侧资源将成为维持能源供需平衡的有效调控手段,需求侧响应将借助新能源电力系统与能源互联网的技术平台得到更好的开展。用户可以通过智能终端更详细地了解自身用能、分布式可再生电源出力及储能设备充放电情况,依据市场信号和系统实际运行情况主动调整自身用能行为。

另一方面,新能源电力系统强调的供应侧多源互补,与能源互联网中各能量单元及各区域能源网络的互联互通具有本质上的一致性。利用广域内不同类型能源电力互补特性,保证供需的实时平衡,减小可再生能源电力不确定性对电力以及能源系统的冲击。

但是相比新能源电力系统,能源互联网具有更为广泛的内涵与意义。

第一,能源互联网描绘的是未来社会中整体的用能体系,不仅包含新型电力系统,还涵盖各类一次能源网络及公路、铁路等交通运输网。从某种程度上说,新能源电力系统可能只是能源互联网的核心模块之一。新型电力系统是能源互联网中连接各类能源网络的纽带,是解决各类型一次能源互联互通的有效途径,但能源互联网绝不仅仅是电力互联网,而应该是各类型能源网络的高度整合,是要实现更为广泛意义上的“横向多能源互补,纵向源网荷储协调”。

第二,能源互联网强调分布式可再生能源的利用。虽然安全高效利用可再生能源是两者共同的核心目标,但是能源互联网更强调对分布式可再生能源的利用,能源互联网能够利用广域内分布式电源时空互补特性、分布式储能及可控负荷的系统调节潜力,实现上述设备的“即插即发、即插即储、即插即用”。

第三,能源互联网强调参与主体的无差别对等互联与能源共享。互联网思维和价值观的重要体现就是互联中各参与主体地位的对等与信息的共享,能源互联网中的核心价值观就是互联共享,能量流与信息流能够在能源互联网这个技术平台上自由流动。在这种价值观体系下,能源互联网使得能源系统具有高度的开放程度,能源体系中供需双方的界限将变得模糊,可再生分布式电源及分布式储能大规模接入,使得处于能源互联网中各参与主体既是能源“生产者”,又是“消费者”,能源互联网能够为各参与主体提供平等接入的入口和信息交互平台。

同时,对等互联和能源共享也意味着能源市场的开放。能源互联网中各能量单元无论体量大小,都能够无差别参与能量市场、辅助服务市场及碳交易市场。能源互联网的建设将使得能源市场的准入门槛降低,参与主体将得到极大的丰富,系统也将拥有更多的可控资源维持动态的供需平衡。

第四,能源互联网对能源体系的影响更为深远。能源互联网的建设不是基于现有的能源生产、消费模式和能源体制,而是要通过能源互联网这种能源技术革命,推动能源生产、消费、体制变革和能源结构的调整,通过广义的“源—网—荷—储”协调互动,达到最大限度消纳利用可再生能源、能源需求与生产供给协调优化及资源优化配置的目的,从而实现整个能源网络的“清洁替代”与“电能替代”,推动整个能源产业及经济社会的链式变革。

综上所述,能源互联网是对当前整个能源利用体系的颠覆性革命,与新能源电力系统相比较,对能源行业,甚至经济社会变革和发展具有更为深远的意义。而电力系统作为能源互联网的核心模块,新能源电力系统的相关技术能够与能源互联网进行对接与整合。

当前,应做好我国能源互联网建设与新能源电力系统的对接与整合工作,从顶层设计、整体规划到具体的技术实现都要进行相应的衔接,完善和统一相关标准,做到“标准先行”,从而减少二次升级成本,集中当前有限的资源和时间,通过新能源电力系统与能源互联网这种技术手段,推动我国能源革命和经济社会跨越式发展。





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