未來(lái)能源電力系統(tǒng)究竟什么模樣？

一、變革——混合型進(jìn)化模式

當(dāng)前正值世界能源產(chǎn)業(yè)調(diào)整期，全球能源電力領(lǐng)域發(fā)生深刻變化。世界各國(guó)開(kāi)始在政策層面鼓勵(lì)低碳生產(chǎn)、可再生能源的使用及能源的高效利用，可再生能源和分布式電源大量接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)用戶日益增加，由此激發(fā)了用戶對(duì)電網(wǎng)的新需求。同時(shí)，信息科技與通信技術(shù)迅猛發(fā)展，電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，電網(wǎng)全壽命周期亟需更新投資，利用基于市場(chǎng)的方法控制電網(wǎng)阻塞勢(shì)在必行。

目前，市場(chǎng)規(guī)劃與管理機(jī)制也正向著公平、成本效益好的方向演變，現(xiàn)有及新建電力設(shè)施的穩(wěn)定性、持續(xù)性及其對(duì)環(huán)境開(kāi)始產(chǎn)生各種影響。此外，世界上仍有大量人口用電不足，電力的基礎(chǔ)保障作用未得到充分發(fā)揮。

上述因素共同作用，正推動(dòng)全球能源系統(tǒng)向著面對(duì)不同挑戰(zhàn)風(fēng)險(xiǎn)、不同管理方式、不同條件狀況的資源—市場(chǎng)混合型模式轉(zhuǎn)變。在2020年及以后（甚至到2040年），電網(wǎng)將至少向著兩種模式發(fā)展。其一是互聯(lián)大電網(wǎng)，即采用大電網(wǎng)連接不同國(guó)家的能源市場(chǎng)，負(fù)荷區(qū)域和大型集中式可再生發(fā)電站之間大傳輸功率的互聯(lián)大電網(wǎng)的重要性將不斷提升。其二是主動(dòng)配電網(wǎng)，大量小型及大型包含分散式發(fā)電廠、儲(chǔ)能、有功用戶參與的自我供給配電網(wǎng)的簇?fù)沓霈F(xiàn)，使得必須采用主動(dòng)配電網(wǎng)管理有功和無(wú)功。

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）C6在今年年會(huì)的主旨報(bào)告《電力大變革——未來(lái)電力系統(tǒng)》中明確提出，由于大量互聯(lián)電網(wǎng)的加入，主動(dòng)配電網(wǎng)被視為解決日益突出的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題的方法，因此未來(lái)電力系統(tǒng)很可能以上述兩類模式的混合形式出現(xiàn)。

二、挑戰(zhàn)——未來(lái)關(guān)鍵技術(shù)難題

技術(shù)是開(kāi)啟電力能源新世界大門的鑰匙。未來(lái)，主動(dòng)配電網(wǎng)不斷發(fā)展，在配電網(wǎng)電壓等級(jí)和更高電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，將產(chǎn)生雙向潮流與數(shù)據(jù)流。那么，如何建立合理的智能控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大量小型電源之間的協(xié)調(diào)，是一個(gè)新的技術(shù)挑戰(zhàn)。對(duì)此問(wèn)題，CIGRE C6中國(guó)及亞太委員會(huì)主席、國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家馬釗給出了答案。他認(rèn)為，首先需要獲取數(shù)據(jù)信息，安裝大量的智能電表和需求側(cè)響應(yīng)電表。同時(shí)，還需要研究合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保其能為當(dāng)?shù)氐哪芰科胶馓峁└玫谋Ｕ?。另外，由于市?chǎng)和制度正潛移默化地向高效管理、公平公正、成本回收的方向進(jìn)化，以市場(chǎng)為導(dǎo)向的分布式發(fā)電（如虛擬電廠）控制技術(shù)也是應(yīng)對(duì)該項(xiàng)挑戰(zhàn)的可能方法之一。

先進(jìn)測(cè)量與監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用及對(duì)信息交換的大量需求，催生了傳感技術(shù)及大數(shù)據(jù)應(yīng)用。在系統(tǒng)的運(yùn)行、保護(hù)、檢修及全壽命管理等過(guò)程中，需要新的量測(cè)參數(shù)、網(wǎng)架信息、通信技術(shù)及相關(guān)新式算法。同時(shí)，交換數(shù)據(jù)的識(shí)別及其相關(guān)需求增多，故障恢復(fù)與轉(zhuǎn)供規(guī)劃方法，網(wǎng)絡(luò)安全與準(zhǔn)入控制，也是亟待解決的問(wèn)題。

CIGRE C6還關(guān)注了在各電壓等級(jí)下，直流技術(shù)與電力電子應(yīng)用的增長(zhǎng)及其在電能質(zhì)量、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)安全及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化方面的影響。例如，在交流電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，直流和基于電力電子的發(fā)電站在動(dòng)態(tài)響應(yīng)和性能方面，較傳統(tǒng)發(fā)電廠和交流線路有顯著區(qū)別。許多情況下，如何選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和控制方法增強(qiáng)全網(wǎng)可靠性，是需要考慮的重要問(wèn)題。高壓直流電網(wǎng)是一種全新的電網(wǎng)形式，建立完善的高壓直流電網(wǎng)，需要靈活使用制造業(yè)的各種設(shè)備，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及電網(wǎng)技術(shù)準(zhǔn)則，并逐步完善各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，不同制造商提供的設(shè)備也應(yīng)該具有互換性，如何滿足日益增長(zhǎng)的終端直流供電的需求（例如居民用戶和商業(yè)建筑等）也是挑戰(zhàn)之一。

為協(xié)調(diào)分布式能源，儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，同時(shí)也帶來(lái)了許多技術(shù)問(wèn)題。在建設(shè)問(wèn)題，包括先進(jìn)材料、安裝成本和建設(shè)成本下降，環(huán)境影響的降低，充放電周期效率提升、重量減輕且尺寸密度提升，全生命周期評(píng)價(jià)模型的研發(fā)等。在運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)方面，包括各電壓等級(jí)下儲(chǔ)能的影響、靜態(tài)穩(wěn)定建模和動(dòng)態(tài)仿真、充放電管理、與可再生能源聯(lián)合運(yùn)行的混合系統(tǒng)、孤島管理、削峰能力、需求側(cè)管理技術(shù)協(xié)調(diào)運(yùn)行等。此外還有抽水蓄能和電池儲(chǔ)能的發(fā)展。

三、趨勢(shì)——走向綜合能源系統(tǒng)

目前，我國(guó)的主動(dòng)配電系統(tǒng)尚處于前期探索和試點(diǎn)階段，發(fā)展?jié)摿薮?。未?lái)配電網(wǎng)將是非線性、大數(shù)據(jù)、多元化的復(fù)雜大系統(tǒng)。它有高滲透率的可再生能源、多維非線性的隨機(jī)系統(tǒng)、海量多源的離散大數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)多時(shí)空差異的源與負(fù)荷，并承擔(dān)更多的綠色環(huán)保社會(huì)義務(wù)，具備更高的服務(wù)要求。

未來(lái)配電網(wǎng)還將是現(xiàn)代電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合。因此，必須從技術(shù)集成與創(chuàng)新，轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)融合與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、學(xué)科、技術(shù)的深度融合，包括現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)與信息通信技術(shù)融合、高電壓技術(shù)與微電子技術(shù)融合、交直流電網(wǎng)融合、一二次設(shè)備融合。其中，大功率電力電子技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是電網(wǎng)技術(shù)融合的橋梁。

未來(lái)配電網(wǎng)的另一個(gè)特征是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型創(chuàng)新?；ヂ?lián)網(wǎng)的本質(zhì)是信息的互聯(lián)處理，而信息以數(shù)據(jù)為載體。電力行業(yè)蘊(yùn)藏大量數(shù)據(jù)資源，并有巨大的數(shù)據(jù)價(jià)值需求。云大物深技術(shù)的應(yīng)用將不斷深入，資產(chǎn)、運(yùn)維、調(diào)度和用戶側(cè)管理各環(huán)節(jié)均需要各種電網(wǎng)信息，電網(wǎng)管理也將依托大量信息的高效采集和綜合利用。

未來(lái)的主動(dòng)配電網(wǎng)，將向能源互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，并最終發(fā)展成綜合能源系統(tǒng)。綜合能源系統(tǒng)基于系統(tǒng)能效和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以現(xiàn)有電網(wǎng)為基礎(chǔ)，整合不同質(zhì)能源，涵蓋集成的供電、供氣、供暖、供冷、供氫和電氣化交通等能源系統(tǒng)，以及相關(guān)的通信和信息基礎(chǔ)設(shè)施。它通過(guò)先進(jìn)的電力電子技術(shù)和信息技術(shù)，融合大量分布式可再生能源發(fā)電裝置和分布式儲(chǔ)能裝置，通過(guò)能源生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用與回收循環(huán)四環(huán)節(jié)能量和信息的耦合，形成能量輸入和輸出跨時(shí)域的實(shí)時(shí)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期的最優(yōu)化和能量增效，能效控制系統(tǒng)對(duì)各能量流進(jìn)行供需轉(zhuǎn)換匹配，并實(shí)行梯級(jí)利用、時(shí)空優(yōu)化、以達(dá)到系統(tǒng)能效最大化，最終形成高度有序的現(xiàn)代綜合高效智能能源。