智能配電網(wǎng)低碳化的規(guī)劃與實現(xiàn)

亢坤 宮倩倩

摘要：近年來，我國對電能的需求不斷增加，配電網(wǎng)建設(shè)越來越多。在碳中和重要發(fā)展目標及能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的驅(qū)動下，電能的清潔化替代趨勢將愈加顯著，配電系統(tǒng)在促進新能源消納和用戶碳減排等方面發(fā)揮重要作用的同時，也將面臨新的挑戰(zhàn)。本文首先分析了智能配電網(wǎng)發(fā)展概述，其次探討了低碳微生態(tài)，最后就低碳化智能配電網(wǎng)規(guī)劃展望進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng);規(guī)劃;低碳

引言

隨著城市化建設(shè)的快速發(fā)展，供電能力是影響其發(fā)展質(zhì)量的重要因素之一，同時，在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚灰彩株P(guān)鍵。如何加強城市供電能力，保證居民日常用電，推動電網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是電網(wǎng)企業(yè)需要處理的重要問題。而只有城市電網(wǎng)進行科學(xué)合理的規(guī)劃，才可以滿足不斷增長的發(fā)展需求，使居民的基本用電得到滿足。然而，從目前實際電網(wǎng)建設(shè)情況來看，很多電力企業(yè)只關(guān)注眼前的問題，并沒有長遠發(fā)展的意識，這就導(dǎo)致我國電力成本的投資成本在逐漸增加，對其發(fā)展也造成了一定的約束。

1智能配電網(wǎng)發(fā)展概述

智能電網(wǎng)是由分布式節(jié)點組成的電力網(wǎng)絡(luò)，在智能子系統(tǒng)的普遍控制下運行，稱為智能微網(wǎng)。微網(wǎng)可以在并網(wǎng)模式、孤島模式或兩種模式下運行。隨著智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)正面臨一個范式的轉(zhuǎn)變。分布式發(fā)電的概念是基于不同規(guī)模的能源，如內(nèi)燃機、燃氣輪機、微型渦輪機、光伏發(fā)電、燃料電池和風(fēng)力發(fā)電。其目的是為當(dāng)?shù)嘏潆娞峁╇娏?，或者向主電網(wǎng)注入足夠質(zhì)量的電力。配電系統(tǒng)的智能運行有助于提高穩(wěn)壓、效率、可靠性、可用性、電能質(zhì)量，以及在故障條件下可能的運行。智能電網(wǎng)的分散式發(fā)電依賴于復(fù)雜的通信、控制和管理，這些都依賴于電力公司和用戶之間的大量數(shù)據(jù)和信息。這些海量的信息對于使電網(wǎng)在正常和緊急運行條件下更有效、更可靠、更安全、更獨立和更具支持性至關(guān)重要。智能電網(wǎng)提供了更大的能源輸送和電力流動的可能性。它允許電力和數(shù)字信息在公用事業(yè)和客戶之間的雙向流動。電網(wǎng)由智能儀表、傳感器、探測器、測量單元等支持，以批量或?qū)崟r的方式收集數(shù)據(jù)。此外，智能電網(wǎng)涉及眾多的應(yīng)用，這些應(yīng)用都創(chuàng)造了大數(shù)據(jù)的來源，例如，配電系統(tǒng)電力市場和價格、通過電網(wǎng)和變電站管理動力傳輸和配電、智能負載轉(zhuǎn)換、管理可再生能源間歇性、電動汽車的需求管理、智能建筑中的電力管理、智能電表、有效的需求響應(yīng)程序、智能資產(chǎn)管理、用于干擾記錄的相量測量單元（PMU）、能源消耗的匯總、公用事業(yè)公司的數(shù)據(jù)中心、負載和天氣狀況預(yù)報以及社交媒體程序，以便更有效地與客戶互動。這些數(shù)據(jù)需要有效的管理和分析，以便更好地控制決策，提高電網(wǎng)的可靠性，減少能源需求，提高運行效率，增加電網(wǎng)的能力。智能電網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些大數(shù)據(jù)有助于增強智能電網(wǎng)應(yīng)用。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)將以高效的方式存儲、處理和挖掘信息，以增強不同的智能電網(wǎng)服務(wù)。大數(shù)據(jù)通過實時信息交換，可以減少電網(wǎng)損耗，降低對主網(wǎng)的依賴，減輕高峰負荷，在突發(fā)事件發(fā)生時提供必要的系統(tǒng)支持，提高電網(wǎng)的可靠性、安全性和效率。

2低碳微生態(tài)

碳中和在配電網(wǎng)中最顯著的特征是分布式電源的高滲透接入，利用風(fēng)能、太陽能等清潔能源滿足負荷用電需求，從而降低發(fā)電側(cè)的碳排放量。然而，“碳中和區(qū)”作為一個具有自循環(huán)功能的系統(tǒng)，不等于風(fēng)機、光伏的簡單安裝和并網(wǎng)發(fā)電，以“風(fēng)光儲直柔”為核心的低碳微生態(tài)架構(gòu)，可能是未來構(gòu)建“碳中和區(qū)”較為可行的整體性方案。其中，風(fēng)機、光伏等分布式電源作為清潔能量轉(zhuǎn)化裝置是“碳中和區(qū)”成立的必要條件;儲能系統(tǒng)是平抑峰谷波動的主體，用來保證“碳中和區(qū)”的靈活性裕度;直流配電環(huán)節(jié)的加入可以省去直流設(shè)備和交流主網(wǎng)間數(shù)目眾多的變換裝置，對電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能效提升有重要意義;柔性設(shè)備在提高電網(wǎng)響應(yīng)控制水平的同時，可以賦予碳中和更多時空調(diào)節(jié)上的靈活性。風(fēng)機、光伏發(fā)電設(shè)備隨著成本的降低和體積的小型化，在配電系統(tǒng)中的安裝可行性和普及程度越來越高，并網(wǎng)控制技術(shù)的日益成熟和多種能源間的互補特性也將進一步提升新能源滲透率，但是仍存在以下2個方面的問題：一是在負荷側(cè)目前以用戶自行投建為主，呈現(xiàn)無序、分散、容量小等特點;二是電能轉(zhuǎn)化受風(fēng)速、光照、溫度等自然因素影響較大，具有顯著的間歇性和波動性。然而，隨著配電側(cè)可再生能源并網(wǎng)技術(shù)標準和政策規(guī)范的陸續(xù)出臺，低能耗建筑逐步將風(fēng)機、光伏建造納入總體設(shè)計方案，虛擬同步機等技術(shù)推廣應(yīng)用后對分布式電源并網(wǎng)兼容性的有效改善，“碳中和區(qū)”將獲得更加可靠可控的新能源支撐。儲能系統(tǒng)通過優(yōu)化調(diào)節(jié)充放電特性，可以在時間上有效改善分布式電源和負荷間功率不匹配的情況，它的調(diào)節(jié)能力在很大程度上決定了所在區(qū)域的對外碳特性，是維持當(dāng)前“碳中和區(qū)”約束邊界穩(wěn)定的關(guān)鍵系統(tǒng)。儲能裝置自身在要求高能量密度、低轉(zhuǎn)化損失之外，需要進一步考慮能量存儲介質(zhì)和方式的低碳化，電制氫儲能技術(shù)日益得到關(guān)注和發(fā)展。電氫轉(zhuǎn)化不僅可以實現(xiàn)零碳排放，而且氫作為重要的工業(yè)原料和二次能源的有效補充，電解制氫也有助于消納過剩的分布式發(fā)電。因此，以電制氫為代表的新型儲能系統(tǒng)，以及氫能和電能之間相互獨立而又較為高效的綜合利用機制，將成為低碳微生態(tài)的重要組成部分。

3低碳化智能配電網(wǎng)規(guī)劃展望

3.1智能配電網(wǎng)信息傳感網(wǎng)絡(luò)

面向低壓配電物聯(lián)網(wǎng)，通過智能設(shè)備內(nèi)置通信芯片和操作系統(tǒng)的方式，統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準，適應(yīng)寬帶載波、微功率無線、NB-IoT等多種物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，實現(xiàn)智能設(shè)備與智能配變終端的方便、快捷互聯(lián)。

3.2大數(shù)據(jù)對配電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

（1）為眾多應(yīng)用開發(fā)新穎安全的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)處理方案，以提高智能電網(wǎng)的可靠性;（2）開發(fā)有效管理海量數(shù)據(jù)的新計算方法;（3）提高服務(wù)和應(yīng)對日益增加的分散式發(fā)電的能力;（4）促進客戶層面的電力市場發(fā)展，例如加強以市場為本的需求回應(yīng)和以客戶為本的服務(wù);（5）正常和緊急情況下配電網(wǎng)絡(luò)的安全和經(jīng)濟運行。

3.3碳排放權(quán)交易

電力碳排放權(quán)交易市場作為電力市場的衍生體，在能源互聯(lián)趨勢下將具備海量終端、多邊接入和平等參與等新特征，為實現(xiàn)能源領(lǐng)域更加廣泛的碳源減排和碳匯增容創(chuàng)造新條件，從而成為加速智能配電網(wǎng)碳中和進程的有效手段。通過制定安全高效的碳排放權(quán)結(jié)算與出清規(guī)則，利用經(jīng)濟層面的轉(zhuǎn)移支付方式，對地區(qū)間的異質(zhì)互補性資源進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，將對配電網(wǎng)規(guī)劃中不同利益主體的投資行為形成積極引導(dǎo)。同時，資本的流通不僅會讓各地域的碳排放權(quán)交易更加緊密，也會反作用到配電網(wǎng)規(guī)劃的實體層面。

結(jié)語

綜上所述，“碳達峰、碳中和”作為國家重要戰(zhàn)略決策，決定了中國能源利用體系未來發(fā)展的價值方向。風(fēng)機、光伏等分布式電源的高比例滲透是能源清潔化轉(zhuǎn)型的重要支撐點，為配電網(wǎng)實現(xiàn)碳中和創(chuàng)造了條件，同時對先進裝備的制造能力、安全穩(wěn)定的生態(tài)建設(shè)和高效協(xié)同的控制方法提出了新挑戰(zhàn)，將對智能配電網(wǎng)規(guī)劃理論和技術(shù)變革產(chǎn)生深刻影響。

參考文獻

[1]劉智慧，王煒，戴亮等.基于智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的城市配電網(wǎng)規(guī)劃研究[J].電力系統(tǒng)裝備，2019（01）：53-54.

[2]張祥龍.基于智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的城市配電網(wǎng)規(guī)劃探究[J].通信電源技術(shù)，2020，v.37;No.197（05）：134-135.

[3]鄧裕文.基于智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的城市配電網(wǎng)規(guī)劃[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（46）：36，38.

[4]谷曉峰.智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的城市配電網(wǎng)規(guī)劃[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017（28）：87-88.