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智能电网本质是优化控制

——访英国皇家工程院院士麦克·斯德林

  “大智物云移+新能源”时代,面对新能源大规模接入,智能电网有哪些作为?基于特高压输电的技术创新,对用户侧的互动新需求、新模式、新技术,当如何绸缪?本刊日前采访了英国首相科技理事会能源工作主席、英国皇家工程院院士麦克·斯德林。他结合欧洲的情况分析认为,大规模接入新能源需要以大范围电网互联为基础,并统筹考虑储能技术。在与用户侧进行互动时,第三方的智能化方案需要兼顾电网与用户诉求,智能电网的本质是优化对系统和用户的控制能力。

  电网互联带来新机会

  问:在第三次工业革命时代,以风电、光伏为代表的新能源蓬勃发展。从欧洲的经验来看,针对新能源的波动性,如何能做到平衡电网安全与用户需求?

  麦克·斯德林:欧盟制定的目标是,到2020年可再生能源占比将达到20%。欧洲议会今年提出,将2030年的目标由原来的27%提升至35%。要应对新能源发电量不断提升,以及越来越多的电网波动性问题的办法只有两个:一是增加基础的电力供应容量,二是对用户端进行控制。如何将可再生能源的不断并网和用户需求控制来结合起来,寻求到平衡点,是未来技术挑战所在。整个过程非常复杂,这也正是发展智能电网的意义所在。为此,欧洲各国都意识到智能电网是电力行业发展的重要趋势,在加足马力不断往前推进。

  问:在输电侧增加供给能力,或者大范围电网互联,无疑会加增强系统调节的底气。在这方面,中国的特高压输电工程技术已经给出了证明,您认为,欧洲和英国的未来会怎样?

  麦克·斯德林:互联性的问题——需要让更多的电源、更广泛的地区电网互联,来提供稳定的电力供应。中国其实已经做到这一点,欧洲可能有一些问题,因为每一个国家地域比较小,所以就必须和邻国进行互联。以英国为例,因为是一个岛国,长期以来实现了相当程度的国际电网互联,比如在1986年就实现了和法国电网互联,目前已经签约的互联项目包括比利时、丹麦等国家。从数量来看,英国的需求峰值是52.7吉瓦,进口容量达到14.2吉瓦,潜在的电网互联容量为22.4吉瓦。对整个欧洲而言,目标是到2020年所有国家电网互联度要达到10%以上,到2030年要达到15%以上。

  欧洲的智能电网,目前是以各国发展为主,很多国家已经部署了智能电网的试点运行,但是仍然没有实现国际间的协调和互联。一旦实现互联的话,仅对英国而言,到2020年,消费者每年就会因智能互联节约10亿英镑,其商业前景非常广阔。同时,增加电网互联性对于新技术发展也会带来很多机会,比如对跨地区远距离输电的特高压技术。因此我相信,全球能源互联网也许是一个遥远的目标,但仍然存在希望,而且发展合作组织正在发挥领头的作用。

  问:如果只是在供给端简单叠加装机,可能会使波动加剧,或需要大量协调传统能源。您认为,还有哪些更有效更智能的解决方案和手段吗?

  麦克·斯德林:正如您讲到的,对于可再生能源的扩张带来的挑战,如果发电端没有有效的管理,就需要在用户侧进行控制——寻求在用电高峰阶段,减少用户同时用电的强度。但用户控制不意味着减少用户数量,或者硬性减少其用电总量,而是给他们另外一种选择,让他们尽量减少在高峰期间同时用电。智能电表作为一个非常重要的科技,其更大的应用价值就在于,它是一个教育的过程,会让更多的家庭明白他们需要智能互动,而且减少在高峰时间同时用电会带来更多附加价值,比如经济性和节能环保等等。

  储能需有全局观

  问:在智能电网系统中,储能被寄予厚望。对于大规模储能、分布式储能(如特斯拉的Powerwall),您更看好哪个的发展前景?

  麦克·斯德林:二者没有绝对的优劣之分,对于智能电网的发展,需要把这两个方面结合起来携手发展。一方面,很多国家在进行大规模集中式储能的研究,比如说液化空气储能等复杂的技术,可以提供电网级别的调频调峰等服务;另一方面,微观的或者分布式储能,比如锂电池、氢燃料电池的应用,可以弥补分布式太阳能(7.430, 0.29, 4.06%)、中等规模风能发电的波动性,还可以提供一些基本的家庭能源供应。需要注意的是,无论是大规模储能,还是分布式储能,都是构建智能电网有待解决的一个挑战,核心问题是价格。一旦解决了储能的成本问题,能够实现新能源的“平价上网”,对于电网的建设和运行将起到非常大的支持作用。

  问:在有些人看来,电化学储能尤其是锂电池储能会成为解决难题的“救世主”,您怎么评价?

  麦克·斯德林:当然,研发出更大容量的电池,意味着在能量释放方面效率会更高,但是我们需要从全局来考虑,更全面看待能源与经济社会的应用发展,而不是仅仅关注分布式储能技术。比如绝大多数的国家都认为,电动汽车是未来分布式储能的发展方向,但不要忘记,电动汽车未来供电还是应该从大电网来供电。同样的,氢能经济是一个非常好的概念,但是短期来讲并不容易实现。当下要做的仍然是建设运营好智能电网,与发电侧、用电侧保持良性互动。

  智能终端应对电网友好

  问:您提到电动汽车与智能电网的互动,智能电网与新一代交通系统、信息网络融合需要哪些条件?它对能源供应体系会带来哪些冲击?

  麦克·斯德林:其实,这种融合已经在深度进行。现在电动汽车充电这种新型的用电方式,其容量和压力都是前所未有之大,和此前的电冰箱、电视机的用电量给电网带来的压力完全不一样,这对电网的控制系统是一个非常大的挑战,也是分布式能源不能够解决的问题,必须要通过智能电网解决。

  对构建智能电网控制系统而言,毫无疑问其基础是智能电表。当每个家庭都拥有这样的控制节点的时候,如何保证一个国家成千上万个,甚至如中国般的几亿个控制点合理运行,将成为极大的挑战。基于现有的控制技术,还没有非常好的解决方案。为此,智能电表必须足够智能化。这意味着,未来的智能电表必须要具有一定的需求侧管理能力,因为随着行业的发展,会有大量的实时数据需要收集和应用。

  需要强调的是,电网产生波动和不稳定是正常的现象,电网的特性就是,有可能前一两秒我们需要往高调,后一两秒就要进行反向操作,所以如果控制系统没有设计好,运行不妥当的话,很可能就会产生大规模的停电事故,这是我们需要着力避免的问题。在智能电网的控制系统设计方面,未来方向还是应该坚持分级设计的模式,从每个用户、不同地区再到国家层面逐级进行控制。

  问:在用户侧,有些家庭已经开始使用谷歌Home、亚马逊Echo或其他智能终端进行能源控制甚至管理。您认为,面对新挑战,电网与第三方的智能化控制系统应该如何更好衔接?有哪些创新和改变值得期待?

  麦克·斯德林:这种终端用户模式,对于电力公司其实是非常难预计的。目前在电力公司和用户之间的独立系统,比如像谷歌或者是亚马逊这样的第三方,开发出对用户用电量分析的软件,他们其实是基于价格的,其出发点就是如何减少用户用电成本,但是对于电力公司而言,这可能并不友好。因为对于用户的需求,电网还是缺乏稳定的预期,所以就需要这些独立的第三方与电力公司进行协作,能够通过电力公司放出的价格和负荷信号,不断进行反馈调整。

  我希望,未来的第三方能够研发出这样的技术:一方面,减少终端用户成本;另一方面,对于电网负荷全面了解和响应,进而增强电网可预期性,减少电网负担。

来源:能源评论

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