中国电网专家马钊:一流城市配电网的世界路径

电子发烧友网工程师 发表于 2018-05-02 16:47:00 收藏 已收藏
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中国电网专家马钊:一流城市配电网的世界路径

电子发烧友网工程师 发表于 2018-05-02 16:47:00

导读: 在当前全球能源格局大变革,我国电力改革不断进入深水区的大形势下,在以清洁能源为主导、以电力为中心的能源发展新格局下,电网正在成为能源配置的主要载体。

中国电网专家马钊:一流城市配电网的世界路径

《国家电网》从世界电网发展整体情况看,未来配电网的发展方向是什么?

马钊:在当前全球能源格局大变革,我国电力改革不断进入深水区的大形势下,在以清洁能源为主导、以电力为中心的能源发展新格局下,电网正在成为能源配置的主要载体。

特别是配电网,它直接连接分布式可再生能源和主动柔性负荷和用户,不仅是智能电网的物理载体和基石,是相关新技术所需数据的主要来源,而且是下一代综合能源系统不可或缺的重要角色,因此备受重视。

提供安全、可靠、高效、绿色、互动的电能服务是配电网的根本职责和目标。分布式可再生能源及具有发用储一体化的新型柔性负荷的逐步渗透,使现代配电网具有离散性、动态性、非线性、多目标性和不确定性等特点,成为典型的复杂大系统。

未来配电系统将满足分布式可再生电源及储能装置的大规模介入,适应电动汽车等新型负荷的即插即用,同时满足用户对电能质量和信息互动的高级需求。

能源革命的核心价值首先是绿色低碳,其次是节能高效,最终要达到能源节约型社会的目标,从能源供给方面是多元供给、多轮驱动。为解决电力系统所面临的这些问题,能源互联网的应用应运而生。有眼光、有勇气的先行者已经开始在探索能源互联网的创新技术和商业模式。

在我看来,未来的城市配电网将逐步演变为综合能源服务系统,其特殊属性是系统性、广泛性、包容性、开放性、互动性。而其在技术特征方面的特殊属性是测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化。

《国家电网》未来,配电网将具有哪些特点?

马钊:我个人认为未来配电网应该具有以下几个特点:

一是可再生能源将逐步成为电网中的主要一次能源来源。化石能源将日益枯竭,可再生能源是可持续发展的绿色能源,正在成为全球第二大电力来源。

二是配电网的结构和运行模式将发生重大变化。未来电网的结构将呈现大电网和微网并存的格局。

三是高度融合的物理电网和信息物理系统。改变电网的结构和运行模式、提升电气设备的性能和采用新型功能的电气设备,是解决未来电网更为根本性的方法。

发展具有自适应功能的电力设备和保护设备,就可以显著降低电网对于传感、通讯和数据处理的技术要求。这对于提高电网的安全可靠性和综合效益是非常有益的。

四是新型的电力市场、商业模式——能源互联网的发展。未来配电网的发展趋势将是综合能源互联网。成千上万的电源点与用户连在一起,都会在需求与价格规则的双向约束下,以微分的精确步距,实现全系统出力与负荷的平衡。实现发电和用电实时平衡,电力市场和商业模式非常重要。

五是新材料新技术将在未来配电网中得到广泛的应用。高压大功率电力电子器件和装备,以及新型的高性能电极、储能、电介质和储氢材料等的发明和使用;还有其他新材料,如纳米复合材料、场(包括电场和磁场)控和温控的非线性介质材料、新型绝缘材料、绝缘体—金属相变材料、新型铁磁材料、用于高效低能耗的电力传感器材料等。

新材料和新技术的应用将简化电网的结构和控制,优化电网的运行,并能对电源波动和电网故障作出响应。

《国家电网》同世界发达国家相比,我国配电网发展需要在哪些方面发力?

马钊:综合国内外配电网现状,特别是我国配电网与国际先进水平的差距,我个人认为我国建设国际一流配电网需要考虑以下几个方面:

社会、经济宏观比较。社会和经济的发展状态直接反应并指导配电网规划及建设。我国的新型城镇化建设、人均年生活用电量等方面的一些综合数据显示,我国城镇化和电气化水平空间较大。相应的,城镇配电网规划、建设以及规模化发展仍有较大潜力。

供电可靠性。以2014年为例,我国10千伏用户平均供电可靠率为99.940%,平均停电时间5.22小时/户。

其中,城市(市中心+市区+城镇)用户平均供电可靠率为99.971%,年平均停电时间为2.59小时/户;农村用户平均供电可靠率为99.935%,年平均停电时间为5.72小时/户。

与国际先进水平进行对比,2011年新加坡供电可靠率达到99.999941%,平均停电时间为0.31分钟;2009年日本东京供电可靠率达到99.999619%,平均停电时间为2分钟。

中国电网专家马钊:一流城市配电网的世界路径

据此可看出,我国供电可靠性提升空间和压力较大。

配电网结构。配电网结构决定了网络运行的可靠性、灵活性。在这一方面,不同国家形成了各异的设计方法。

以城市配电网为例,巴黎城区电缆网采用三环网T接或双环网T接方式;伦敦电缆网采用多分支多联络接线方式;东京22千伏电缆网采用主线备用线、环形、点状网络接线方式,6千伏架空网采用多分段多联络方式,电缆网则采用多分割多联络方式;新加坡电缆网采用“花瓣式”,也即环网闭式的接线。

尽管具体拓扑不同,国外先进网架结构的基本趋势是呈现“哑铃状”发展,核心原则是“强化两头、简化中间”,既保证可靠性安全性,又避免重复建设。

目前,我国北京市高压配电网与国际先进配网相似,以环网、放射状运行(即“手拉手”网格结构)为主,然而其中压配电网提升空间较大,电网结构相对薄弱,网络接线模式复杂,难以形成标准化。

此外,国外先进水平10(20)千伏城网架空线路绝缘化率高达80%以上,而国内目前仅仅22.4%。因此,在配电网结构升级方面,当前一大要务是借鉴国外先进水平,做出符合本地发展实际的调整。

具体讲,对于一线城市,力争构建兼具可靠性和灵活性的网络架构,全面实现双侧电源和环网结构,加强中压线路联络率,提高负荷转供能力;对于其他城市、城镇,结合本地经济、负荷发展,首要解决高压配网N-1能力不足问题、“单线单变”问题,逐步改善中压配网分段不足和线路联络不足问题;乡村地区首先改善供电半径问题。

配电网自动化水平。2014年时,国家电网公司范围内配网自动化总体覆盖率为20%,智能电表覆盖率为60%。日本自动化覆盖率几乎达到100%,法国为90%。

就实际情况来看,我国部分一线城市初步实现了配电网可观可控,其他区域的运行监测、自动化控制能力欠缺,仍有大幅提升的潜力和任务。

具体而言,在基础设施建设方面,一线城市应着力提升中、低压光纤及其他通信网络的建设;其他地区应增强高、中压通信基础设施建设,并配合适度发展不同程度自动化设备水平。

配网资产管理。配电网新老设备和新旧技术网络的集成,是未来综合能源系统的物理载体,是智能电网和能源互联网建设必不可少的基石和支撑。

因此,全面系统地掌握现有配电网设备和网络的健康水平,应该是对配电网资产的精益化高效管理的出发点。

从国外发展历程来看,当经济、用电负荷的增长基本达到稳定,配网企业实现社会责任、合理管控电网、提升盈利能力的保证是资产管理技术。

如何高效尽限利用现有设备和网络是国际大电网组织的两大方向之一。特别是随着有经验的工程师、技师退休,人才出现断层和传承青黄不接,丰富的第一手经验和专业知识传承出现危机,这已经引起了全球关注特别是西方发达国家的高度警惕。

以英国配网为例,从20世纪70年代开始,英国即尝试对配网大量资产科学管理,其开发的资产管理系统甚至早于基于IPv4的互联网技术。

目前,经过长期实践,英国配网在技术规范、软硬件平台研发与应用等方面形成了大量先进经验。相较而言,国内资产管理理念和技术起步较晚。资产管理技术和水平仍需大幅提升。

针对配电设备量大面广、单体价格相对低廉,配电网结构复杂多变等特点,当前应尽快深化研发适应我国国情和配网管控方式的资产管理理论/应用体系,并深入开展试点工作,进而对有益的方案进行推广应用。

国家电网公司去年也开展了配电网资产国际对标,我本人作为专家也参与了一些工作。我认为特别要转变理念,深刻认识科学智能的资产管理是提质增效的有效途径。资产管理不是一项单纯简单的管理工作,而是一门集成多种理论、技术和经验,同时统筹技术、经济、管理的系统性综合学科,一门平衡成本、绩效和风险三方面的艺术。

未来综合能源互联网也将对配电网资产管理提出更高的要求,以能源信息物理系统、大数据、深度机器学习和人工智能应用等为方向的技术将为资产管理提供科学实用的方法和工具。

《国家电网》电力系统未来的发展方向是什么?

马钊:电力具有的高效、快速的传输性质,较高的能源转化效率以及在终端能源消费中的便捷性,这决定了电网将成为未来综合能源系统中的资源配置中心,是实现能源互联、能源综合利用的纽带和核心。

要从用能终端入手,从主动配电系统包括分布式能源、储能、智能微网等新业态、新模式着力推动综合能源系统建设,逐步构建区域型综合能源系统。

智能电网是综合能源系统的基础支撑平台和资源配置中心,多种能源协同优化是综合能源大规模应用的必经之路。要加快融合多元能源,构建供需互动的能源互联网。在能源互联网规划技术、架构设计方面,可以通过集成多种能源网和储能提升智能电网特性。

中国电网专家马钊:一流城市配电网的世界路径

必须大力研究综合能源和智能建筑集成规划方法,实现智能建筑中能源、储能和负荷的优化配置,实现多种能源系统的整合优化运行,构建可持续的能源零净耗社区。

因此,我建议在大数据背景下实施多网融合的智慧城市综合能源规划,建立概率和风险评估模型,逐步实现多元目标的优化规划;加强能源多元供应、多轮驱动、负荷动态互动,以互联网和大数据为核心,以电力电子等技术为支撑,开展标准化模块设计,建立更加灵活的网络拓扑结构,最终实现智慧用能、构建节约型社会。

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