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新能源和智能电网技术让电力系统以一种崭新的面貌,刺激着从业者去认识、去解决。
说到电,无外乎"电信息"和"电能量"两个方面。当下电信息学科日新月异,极大地改变了人类生活的面貌;而电能量则因为其越来越像空气一样稳定可靠而变得理所当然,变得没有存在感。能源的转化和利用是关系国民经济命脉的基础和先行产业,这么多年来无论是电力工业还是电气工程学科都得到了长足发展,知识、技术臻于成熟,从这个角度大家经常说电力是夕阳产业。然而,随着大规模新能源的利用和智能电网概念的普及,人们发现对这个复杂的人造系统的认识还远没有那么全面深刻。很多新的问题正推动这个产业和学科在进一步发展。领域顶级期刊IEEE Trans. on Power Systems由厚变薄,现在又变厚,甚至有由季刊扩为月刊的迹象,正说明了这个行业曾经的鼎盛、衰退和现在的复兴。对,这不是夕阳学科,有一箩筐的问题等待解决。它的基础理论亟待进一步完善以更高效地利用清洁能源,又有利用信息技术使运行更灵活、更经济,使用电更方便的潜力。问题太宏大,仅就一些点略谈。
1)新能源的利用远没有大家看到的数字那么光鲜。风电、光伏的装机是在不断增长,我们也一跃成为新能源装机第一大国,可是间歇式电源的随机性、波动性、不确定性和难预测性使得其利用困难,给电力系统的规划和运行带来挑战,弃风现象普遍存在。电网运行人员感到很难掌控和应对。这很大程度上是传统的火电机组不能随便启停决定的: 开机有一个过程,关机也很缓慢,一旦开启就必须以高于最小技术出力运行一段时间,且不说发电厂在开机时要承担投油等巨大的成本。这导致了作为主力的火电机组追踪风电的变化很困难。水电虽然可以快速启停,但受制于水文等条件限制,调节能力也有限。这都导致运行人员不知道开多少机合适。开少了,新能源在关键时刻不给力,功率有缺额怎么可以?开多了,大风起时火电压不下去,只好弃风。矛盾就在这里:廉价清洁的新能源却最不可靠,可控性最好的火电又很贵。最基本的有功平衡都让人为难;且不说新能源本质上是一种直流设备,并且是分散设备,控制策略吃不透,一切都显得跟交流设备那么不一样。比重越来越高的新能源发电正在以一种崭新的面貌,给系统运行带来很多从未遇到过的问题,这正刺激着这个学科的从业者去认识、去解决。
2)智能电网的概念有很美好的前景,从长远来看它要成为现实,将推动电气工程学科去跟更多的信息学科联姻。智能电网就是一个筐,什么好东西都能往里面装,并没有一个统一的概念。各国各取所需地定义它。在我看来,智能电网的本质应该是“互动性”。因为1)的原因传统的发电追踪负荷的调度模式难以为继,唯一的可能是通过电价信号刺激、电动汽车的规模充放电及智能家居的灵活响应,让负荷追踪发电。即需求侧响应应该是实现智能电网的可能途径。这又有两方面的制约:①互动需要信息的交换,需要功能更丰富的仪表,需要更自动化的用电器。②没有用户会凭白无故地配合发电侧的削峰填谷,这需要电价信号的刺激。在几乎没有电力市场甚至没有分时电价的环境中很难想象。举个例子,特斯拉的轰动一时似乎又照亮了电动汽车普及的前景,如何建充电站?如何调度充放电可以缓解电网运行的压力、可以更多地利用新能源电力又不妨碍用户的出行体验?不仅要预测电力负荷,还要预测出行需求,简直是两个系统的耦合。如何将电价信号传达到每一辆汽车?如何使每辆车自行执行最经济的充放电策略?分解下来这似乎也都不仅仅是电力工业的问题。
总之,新的发输电方式(如新能源发电、分布式发电、特高压交直流输电、紧凑型输电、分频输电、无线输电等)、新的用电设备(不仅能用还能发的、微电网等)都带来一些问题。为了应对资源与负荷逆向分布的现状和远距离、大容量输电的需求,我国在发、输电工程建设上也是大手笔不断,为电力工业和电气学科的发展提供了很好的大环境。(写到这里实在觉得太宏大了可以提及的方面太多,又拿捏不好详略程度,只能择两点谈谈一己之见吧,抛砖引玉)(文|羌澄)
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