張小平：能源互聯(lián)挑戰(zhàn)應(yīng)對之道——以柔克剛

2018-02-01 14:18:40 電力系統(tǒng)自動化　點擊量：評論 (0)

英國伯明翰大學張小平教授在首屆全球華人電氣與能源工程師大會暨能源互聯(lián)網(wǎng)裝備技術(shù)高峰論壇上作了題為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵：柔性技術(shù)的大...

英國伯明翰大學張小平教授在首屆全球華人電氣與能源工程師大會暨能源互聯(lián)網(wǎng)裝備技術(shù)高峰論壇上作了題為“全球能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵：柔性技術(shù)”的大會特邀報告，引起了與會專家學者的極大興趣。張小平教授就相關(guān)觀點撰寫成文，以便與更廣泛的讀者交流，從而展開廣泛討論，集思廣益，推動能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。本文僅代表張小平教授個人觀點。

1. 能源互聯(lián)的發(fā)展

近年來，可再生能源的大力發(fā)展催生了全球能源革命，更確切地說是一場能源互聯(lián)的革命。這場能源互聯(lián)的革命體現(xiàn)在：

1)不同能源系統(tǒng)(主要是電，其次是氣)的大范圍、特大范圍(全國，跨國，洲際，全球)的互聯(lián);

2)不同能源系統(tǒng)(電，氣，熱網(wǎng))間的有效互聯(lián);

3)不同能源系統(tǒng)(電，氣，熱網(wǎng))與儲能系統(tǒng)的有效集成;

4)不同能源系統(tǒng)(電，氣)與交通系統(tǒng)的有效集成與高度互動;

5)不同能源系統(tǒng)(電，氣，熱網(wǎng))在用戶端的高度互聯(lián)及與能源網(wǎng)的高度互動。

圖1 全球電力能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

2. 能源互聯(lián)網(wǎng)的特點

能源互聯(lián)主要特點有三點：

1)特廣域電網(wǎng)乃至全球電力能源網(wǎng)互聯(lián)，實現(xiàn)能源在大范圍的優(yōu)化配置，互補支撐，共享低碳發(fā)展;

2)基于城市的綜合能源網(wǎng)：不同能源系統(tǒng)(電，氣，熱網(wǎng))與儲能，電動汽車的互聯(lián);

3)分布式能源互聯(lián)與用戶的友好，低碳，智能互動。

這個發(fā)展的動力是可再生能源的大規(guī)模使用。而可再生能源大規(guī)模使用的發(fā)展目前遇到了瓶頸。關(guān)鍵問題是所謂的如何消納可再生能源。可再生能源的消納成為全球?qū)W術(shù)界、工業(yè)界、政府部門的關(guān)注焦點，為何是這樣呢?乃是由于可再生能源本質(zhì)上是剛性的。

3. 何為柔性與剛性?何為能源互聯(lián)網(wǎng)的剛性?

可再生能源的消納就帶出了一個值得思考的問題，即何為柔性，何為剛性?

“柔性”的含義指電能設(shè)備、場站、系統(tǒng)的相對可控性。“剛性”的含義指電能設(shè)備、場站、系統(tǒng)的相對不可控性。顯然，“柔性”與“剛性”的區(qū)別在于是否可控。另外，“柔性”與“剛性”是相對的，而不是絕對的。在一定條件下，“柔性”與“剛性”可以轉(zhuǎn)化。此外，“柔性”與“剛性”還有程度上的區(qū)分，比如：比較柔、柔、半柔、剛、半剛、比較剛等等。

能源互聯(lián)網(wǎng)的剛性包括源/網(wǎng)/荷的剛性

電源的剛性：電源的剛性主要指風電、太陽能發(fā)電的波動性與間歇性。這些特點表明，與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)(如燃煤、燃氣、燃油)比，輸出功率具有相對的不可控性;

負荷的剛性：缺乏對負荷的靈活控制;

傳統(tǒng)交流電力網(wǎng)的剛性：缺乏對阻抗、潮流的有效、快速控制。

能源互聯(lián)網(wǎng)的剛性也包括電網(wǎng)擾動帶來的剛性：電流/電壓的突變性擾動;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的突變性擾動。這些網(wǎng)絡(luò)的突變性擾動大多是剛性的。

能源互聯(lián)網(wǎng)的剛性是其最大的挑戰(zhàn)。過去30年，在應(yīng)對能源互聯(lián)的挑戰(zhàn)已積累了相當?shù)慕?jīng)驗。主要體現(xiàn)在電力電子技術(shù)近年來的廣泛使用。這些電力電子技術(shù)歸結(jié)為三大類，即：柔性交流輸電技術(shù);直流輸電技術(shù);可再生能源/負荷的電力電子控制技術(shù)。

“以柔克剛”出處為三國˙蜀˙諸葛亮《將苑》：“善將者，其剛不可折，其柔不可卷，故以弱制強，以柔制剛。”釋義為用柔軟的去克制剛強的。而電力電子技術(shù)的采用可提高對能源互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)/源/荷實現(xiàn)有效控制，進而克服能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)源/荷的剛性，也就是以柔克剛。這一思想與中國哲學思想“以柔克剛”不謀而合。全球能源互聯(lián)網(wǎng)剛性問題解決之道：以柔克剛。