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电网的未来与交流特高压的命运 能源转型期我国电网规划建设的思路探讨
发表于:2018-03-05 14:01:57
来源:西南电力设计院作者:原副总工吴安平

0、引言

关于电网的未来,有两种完全对立的观点:一种认为电网会朝着“同步电网数量越来越少、电网规模越来越大”的方向发展,最终形成以特高压(主要是交流特高压)为骨干网架、全球互联并统一调度的超级大电网;另一种则认为可再生能源分散化的生产和消费模式,再加上储能技术的突破和广泛应用,将导致电网的消亡。两种观点尽管南辕北辙,但却都认为是建设能源互联网的结果。

可再生能源替代化石能源的革命,必将引起传统电网的深刻变革,这是毋庸置疑的。但怎样变,如何变,人们至今似乎还没有取得共识。对未来电网发展走向的正确判断,是科学编制电网中长期发展规划的前提。在进入新时代,踏上新征程的时候,解决好这个问题不仅必要而且十分迫切。

可以肯定,未来电网两种较极端的情况都不会发生,电网不可能全球联网,也不会在变革中消亡。电网始终将遵循自身的技术规律,并跟随科学技术的进步和时代前进的步伐,不断发展和变化,不会以个人的意志为转移。基于这样的认识,本文对电网的未来以及交流特高压的命运进行了探讨,并进而对我国今后电网规划建设的思路和原则提出建议。

需要说明的是,本文中 “电网”的概念基本是广义的,多数情况下指包括发、输、配在内的整个电力系统。

1、能源互联网与电网变革的方向

一、能源互联网的科学定义

关于能源互联网概念的内涵,经过几年反复的认识、实践、再认识的过程,已基本形成了共识。国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部2016年2月24日联合下发的《关于推进互联网智慧能源发展的指导意见》,集中了专家学者的智慧,对能源互联网概念给出了一个权威的、也是科学的定义,即:能源互联网是“互联网+智慧能源”的简称,它是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新业态,具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征,是推动我国能源革命的重要战略支撑。

正确理解能源互联网的定义需要把握以下几个要点:

(1)将能源互联网界定为“互联网+智慧能源”的简称,是由于“能源互联网”作为一个汉语词组,理解上存在歧义。“能源互联网”中的“互联网(internet)”是一个专业术语而非普通名词,世界上不存在传输能源的互联网(internet),也不存在与互联网(internet)不相干的能源互联网。

(2)建设能源互联网的目的,是以清洁、绿色、分散的能源生产和灵活、高效的用能方式满足社会对能源的需求,助推能源革命,实现能源的可持续发展。

(3)能源互联网是互联网理念和先进信息技术与能源产业深度融合产生的新业态,由此形成的具有六大基本特征的综合能源系统,是对传统能源生产和消费方式的颠覆,因此,技术创新、机制创新、商业模式创新以及大众参与是能源互联网的本质要求。

(4)能源互联网以智能电网(smart grid)为基础,是智能电网的拓展和延伸形式。能源互联网中不可能没有智能电网,而智能电网却可以不依赖于能源互联网而独立存在,因此,智能电网可以看成是能源互联网的一种特定模式。

三部委推进互联网智慧能源发展的指导意见,除对能源互联网给出科学定义外,还明确了能源互联网建设的基本原则、发展目标、重点任务,以及组织实施要求等内容,是指导我国能源互联网建设的一个纲领性文件。

二、配电网是电网变革的先行者

能源转型引发的传统电网的变革,首当其冲的是配电网,因为配电网是能源互联网建设的主战场。现在已经可以清楚地看到,配电网正在向着有源化、局域化、协同化、市场化、智能化的方向发展。

有源化:能源互联网或智能电网的建设过程,就是无数清洁绿色分布式电源(包括微电网)融入配电网的过程,配电网将改变原来只单向接受主干电网电力的状况,成为有源(主动)配电网。配电网内电源显著的特点是小型、分散,数量众多,大众参与和开放共享的理念,使越来越多的能源消费者,同时成为能源的生产者。

局域化:有源化后的配电网将成为一个同时具备“发、供、用”功能的小型电力系统,它是一个真正的局域电网,是一个遵循电网分区平衡原则的自控区。分布式电源首先在配电网内平衡,然后与输电网进行功率余缺交换,双向互动。

协同化:通过实现电能与其它能源的转换,以及各自的有效储存,同时根据用户对电、气、冷、热不同品质能量的需求,进行不同能源间的互补,最大限度提高能源综合利用效率。支持多能协同是能源互联网时代赋予现代配电网的一个新的功能。

市场化:分布式电源就近供电是提高能源利用率的重要途径。一个有源配电网内需要形成一个按照市场要求运行的微平衡能源交易市场,以满足小微能源生产者和各类消费者间的灵活自主交易。配电网的营运者也将从一个单纯的电力提供者,转变为一个综合能源供应服务商。

智能化:传统配电网原来的结构和模式,包括一次系统和二次系统等,都不能适应和满足分布式电源接入,以及多能协同运行的要求。配电网内的能源互联网建设,将构建起信息系统与物理系统高度融合的智能化调控体系,实现更高水平的快速响应与精准控制,使配电网成为完全支持清洁绿色能源分散化生产和消费的智能电网。

三、 电网走向分布式和扁平化是不可阻挡的潮流

有三股无法抗拒的力量,同时向着一个方向,推动传统电网的变革。

第一股是能源转型革命的力量。以可再生能源替代化石能源的转型,是人类实现自身可持续发展的必然要求,而建设能源互联网则是实现能源转型的必由之路。智能电网是能源互联网的核心和基础,也是未来电网的雏形。随着能源清洁化、绿色化程度的不断提高,能源互联网的建设将由量变到质变,最终完全改变传统电网的面貌。

第二股是能源技术革命的力量。大致来自四个方面的技术创新,将对传统电网的变革产生重大影响:一是低成本长寿命的各种储能技术,以及氢能的生产和利用技术;二是低成本高效率的太阳能和与电网更加友好的风能等可再生能源发电技术;三是直流电网以及超导输电等技术;四是核聚变、可燃冰、干热岩等新能源的开发利用技术。任何一方面技术的重大突破,都具有颠覆传统电网的力量。国家发展改革委等5部委于2017年9月印发的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,规划了我国未来10年储能技术发展的蓝图,人们有理由相信,传统电网的变革正在提速。

第三股是电网分区就近平衡规律的力量。任何一个电网要想具有更好的经济性和更高的可靠性,必须遵守分区就近平衡的规律,不可舍近求远。互联网背景下由能源转型推动的电网变革,分区就近平衡的规律不仅没有过时,而且还将达到一个更高的水平。电网自身的客观规律产生的力量是不可抗拒和经久不衰的,它将执着地推动电网向着分布式和扁平化 “归真返璞”。

杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中说:集中型的超级电网与分散式的智能网络之争,将决定子孙后代究竟要从今天人们的手中继承一个什么样的经济和社会的问题。里夫金先生以经济学家和未来学家的眼光观察问题,也得出了电网正在向着分布式和扁平化方向发展的结论。

能源互联网尽管与未来的电网不能划等号,但它显示了电网发展的基本方向。可以判断,未来的电网将在分布式和扁平化的基础上,最终形成多分区自治、互联互动、且支持多能互补的网络格局。

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