张小平：能源互联挑战应对之道——以柔克刚

2018-02-01 14:18:40 电力系统自动化　点击量：评论 (0)

英国伯明翰大学张小平教授在首届全球华人电气与能源工程师大会暨能源互联网装备技术高峰论坛上作了题为全球能源互联网的关键：柔性技术的大...

英国伯明翰大学张小平教授在首届全球华人电气与能源工程师大会暨能源互联网装备技术高峰论坛上作了题为“全球能源互联网的关键：柔性技术”的大会特邀报告，引起了与会专家学者的极大兴趣。张小平教授就相关观点撰写成文，以便与更广泛的读者交流，从而展开广泛讨论，集思广益，推动能源互联网的发展。本文仅代表张小平教授个人观点。

1. 能源互联的发展

近年来，可再生能源的大力发展催生了全球能源革命，更确切地说是一场能源互联的革命。这场能源互联的革命体现在：

1)不同能源系统(主要是电，其次是气)的大范围、特大范围(全国，跨国，洲际，全球)的互联;

2)不同能源系统(电，气，热网)间的有效互联;

3)不同能源系统(电，气，热网)与储能系统的有效集成;

4)不同能源系统(电，气)与交通系统的有效集成与高度互动;

5)不同能源系统(电，气，热网)在用户端的高度互联及与能源网的高度互动。

图1 全球电力能源互联网的架构

2. 能源互联网的特点

能源互联主要特点有三点：

1)特广域电网乃至全球电力能源网互联，实现能源在大范围的优化配置，互补支撑，共享低碳发展;

2)基于城市的综合能源网：不同能源系统(电，气，热网)与储能，电动汽车的互联;

3)分布式能源互联与用户的友好，低碳，智能互动。

这个发展的动力是可再生能源的大规模使用。而可再生能源大规模使用的发展目前遇到了瓶颈。关键问题是所谓的如何消纳可再生能源。可再生能源的消纳成为全球学术界、工业界、政府部门的关注焦点，为何是这样呢?乃是由于可再生能源本质上是刚性的。

3. 何为柔性与刚性?何为能源互联网的刚性?

可再生能源的消纳就带出了一个值得思考的问题，即何为柔性，何为刚性?

“柔性”的含义指电能设备、场站、系统的相对可控性。“刚性”的含义指电能设备、场站、系统的相对不可控性。显然，“柔性”与“刚性”的区别在于是否可控。另外，“柔性”与“刚性”是相对的，而不是绝对的。在一定条件下，“柔性”与“刚性”可以转化。此外，“柔性”与“刚性”还有程度上的区分，比如：比较柔、柔、半柔、刚、半刚、比较刚等等。

能源互联网的刚性包括源/网/荷的刚性

电源的刚性：电源的刚性主要指风电、太阳能发电的波动性与间歇性。这些特点表明，与传统发电系统(如燃煤、燃气、燃油)比，输出功率具有相对的不可控性;

负荷的刚性：缺乏对负荷的灵活控制;

传统交流电力网的刚性：缺乏对阻抗、潮流的有效、快速控制。

能源互联网的刚性也包括电网扰动带来的刚性：电流/电压的突变性扰动;网络结构的突变性扰动。这些网络的突变性扰动大多是刚性的。

能源互联网的刚性是其最大的挑战。过去30年，在应对能源互联的挑战已积累了相当的经验。主要体现在电力电子技术近年来的广泛使用。这些电力电子技术归结为三大类，即：柔性交流输电技术;直流输电技术;可再生能源/负荷的电力电子控制技术。

“以柔克刚”出处为三国˙蜀˙诸葛亮《将苑》：“善将者，其刚不可折，其柔不可卷，故以弱制强，以柔制刚。”释义为用柔软的去克制刚强的。而电力电子技术的采用可提高对能源互联网的网/源/荷实现有效控制，进而克服能源互联网网源/荷的刚性，也就是以柔克刚。这一思想与中国哲学思想“以柔克刚”不谋而合。全球能源互联网刚性问题解决之道：以柔克刚。