中國儲能網(wǎng)訊：環(huán)境安全是生命延續(xù)的基本保障，能源是社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。經(jīng)濟(jì)可靠的電力支撐了能源安全及環(huán)境安全，更是對現(xiàn)代文明的重要支持。
電網(wǎng)是電力傳輸及電力市場的物理平臺，其穩(wěn)定性的分析與控制一直被高度關(guān)注，但充裕性的分析與控制則長期被忽視。
南瑞公司在25年前創(chuàng)立的穩(wěn)定性定量分析理論，至今仍在國際上獨(dú)一無二。以此為核心技術(shù)，開發(fā)了廣域監(jiān)測分析保護(hù)控制系統(tǒng)WARMAP。WARMAP的防御范圍覆蓋了中國4/5的電網(wǎng)，已日常運(yùn)行在：國調(diào)、南網(wǎng)總調(diào)、華東、華北、西北、江蘇、四川、河南、廣東、陜西、山西、安徽、云南、湖南、福建、新疆、上海、江西、浙江、貴州、寧夏、遼寧、吉林、內(nèi)蒙、西藏、廣西、云南、海南等28 個(gè)省級以上的調(diào)度中心。
中國在電力安全預(yù)警防御技術(shù)上引領(lǐng)世界，但是，至少在下述方面不能滿足需求：問題之一，充裕性問題被粗獷處理為固定比率的備用容量;問題之二，即使對穩(wěn)定性的研究也是在給定邊界條件下，故不能真實(shí)反映上下游環(huán)節(jié)的變化對電網(wǎng)的影響;問題之三，缺乏對外部環(huán)節(jié)的自適應(yīng)能力。
能源分為三個(gè)層次：一次能源;二次能源;終端能源。電力流是一次能源與終端能源之間的綠色通道，但電力流畢竟只是能源流的一部分，即使在二次能源中也還有其它形式。因此，電網(wǎng)僅是能源網(wǎng)中的一部分。
1、綜合能源網(wǎng)上游的變化對電力流的影響如下
1)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性遇到新的挑戰(zhàn)：可再生能源都難以直接輸送及使用，需要通過電力轉(zhuǎn)換;強(qiáng)間歇性及強(qiáng)隨機(jī)性增加了不可預(yù)測性及不可控性;電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大化及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化使風(fēng)險(xiǎn)加大;潮流的不確定性大，難以預(yù)測，負(fù)荷峰谷差增大。
2)備用容量的矛盾日益突出：調(diào)頻容量、旋轉(zhuǎn)備用、熱備用、冷備用;降低運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，甚至影響可再生能源發(fā)電的初衷;為滿足上海183h/年的峰荷，所增輸配電能力的年均利用率不到2%，因此適當(dāng)容量的儲能調(diào)峰效果更好;協(xié)調(diào)預(yù)測技術(shù)、需求側(cè)管理、可中斷及可調(diào)節(jié)負(fù)荷的作用。
3)需要強(qiáng)大的輸電網(wǎng)及靈活的智能配電網(wǎng)。
2、《中國2050高比例可再生能源發(fā)展情景暨路徑研究》
國家能源局于2015年4月發(fā)布該報(bào)告，指出2050年中國終端能源消費(fèi)量約為32億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，屆時(shí)發(fā)電用的一次能源中化石能源只占9 %。其中：一次能源中的化石類能源僅占34%;終端能源中的電力占62%，比2010年高36個(gè)百分點(diǎn);終端能源中直接消費(fèi)的化石能源為9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
雖然我覺得上述預(yù)測有些超前，但不失為參考路徑。
3、綜合能源網(wǎng)下游的變化對電力流的影響如下
1)終端能源消費(fèi)模式的改革。2)電能替代，用電量繼續(xù)增加。3)用戶高度參與：分布式發(fā)電，用戶兼具發(fā)電和耗電雙重身份;不確定性增加;也帶來很大的負(fù)荷彈性。4)配網(wǎng)電力流成為方向不確定的雙向流動。
4、能源的兩個(gè)替代是能源安全及環(huán)境安全的必要條件，如下
1)一次能源中的清潔替代：2013年全球約77.9%的電力來自化石類能源;化石類能源日趨枯竭，環(huán)境壓力日益加劇，清潔發(fā)電任重道遠(yuǎn)。
2)終端能源中的電能替代：燃料及動力類的終端需求都可以用電能替代;電能在終端能源的占比增加1個(gè)點(diǎn)，能源強(qiáng)度將降3.7個(gè)點(diǎn);中國將從2009年的18.5% 增長到2020年的28.0%及2030年的32.0%。
3)非化石類能源成為終端能源的主要方式是發(fā)電：電能是聯(lián)系一次能源及終端能源的高效、靈活而綠色的紐帶。
5、大能源觀下的備用調(diào)度
1)調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)、熱、冷備用的協(xié)調(diào)優(yōu)化。2)大力發(fā)展各種儲能技術(shù)及其綜合應(yīng)用，包括煤礦多層地下水庫群的抽水蓄能。3)充分發(fā)揮煤電機(jī)組的運(yùn)行彈性：支撐循環(huán)開停機(jī);供熱機(jī)組及非供熱機(jī)組的快速深度調(diào)峰;與可中斷負(fù)荷協(xié)調(diào)調(diào)度，以總風(fēng)險(xiǎn)最小為優(yōu)化目標(biāo)。4)必須僅靠一次能源-發(fā)-輸-配-儲-用電的時(shí)空協(xié)調(diào)：提高風(fēng)電預(yù)報(bào)精度;完善風(fēng)機(jī)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);在更大范圍內(nèi)互聯(lián)，特高壓輸電，智能配電網(wǎng);科學(xué)地對待棄風(fēng)棄光問題。
6、智能電網(wǎng)的框架并不能完整地反映能源革命賦予電力系統(tǒng)的使命
1)智能電網(wǎng)內(nèi)涵需要深化：可再生能源在電能生產(chǎn)中絕對占優(yōu);分布式發(fā)電及分布式儲能系統(tǒng)遍地皆是;電動汽車充電負(fù)荷在電力負(fù)荷中占優(yōu)時(shí)。
2)智能電網(wǎng)功能需要外延：更好發(fā)揮電能作為核心二次能源的作用;承擔(dān)一次能源與終端電源之間大范圍協(xié)調(diào)優(yōu)化的橋梁作用;在確保電力可靠性的同時(shí)支撐大能源安全及環(huán)境安全。
3)需要更全面地概括能源革命及電力系統(tǒng)在其中的使命：與自然環(huán)境、社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、一次能源、用電模式、基礎(chǔ)建設(shè)、信息系統(tǒng)、科技、人才、博弈競爭、監(jiān)管的交互。
7、研究智能電網(wǎng)如何在能源流中承上啟下，兼顧左右
1)中國的RE將從一次能源的13% 增到2050年的66 %。2)RE在發(fā)電用的一次能源中最終將高于90%。3)電力必須適應(yīng)并支撐大能源的變革。4)一次能源的清潔替代：化石類能源的清潔燃燒;非化石能源發(fā)電的大規(guī)模入網(wǎng)。5)終端能源的電能替代：大規(guī)模電動汽車與電網(wǎng)的互動。6)能源流與自然界生態(tài)自愈能力的交互影響。7)能源經(jīng)濟(jì)的安全穩(wěn)定性。8)新術(shù)語存在合理性，但其內(nèi)涵必須不同于智能電網(wǎng)。
8、各國關(guān)注著能源領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)
1)美能源部2001年要求綜合規(guī)劃電力和天然氣系統(tǒng)：高效、低投資、可靠靈活的集成能源系統(tǒng)。2)歐洲強(qiáng)調(diào)可再生能源(RES)的綜合開發(fā)及利用：傳統(tǒng)能源和RES的互補(bǔ)及優(yōu)化;大規(guī)模RES與電網(wǎng)的協(xié)調(diào);交通運(yùn)輸?shù)那鍧嵒?集中式與分布式能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。3)日本2010年提出電力、燃?xì)?、氫能、交通、供水和信息系統(tǒng)的集成。
9、大能源觀
1)國網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)提出大能源觀。2)可持續(xù)發(fā)展有賴于密切交互的能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境安全。3)注重以電力為主的全方位的能源安全。4)電力可靠性與一次能源與終端能源的革命密切相關(guān)。5)智能電網(wǎng)清晰闡明了信息流與電力流深度融合的理念。6)進(jìn)一步的拓展應(yīng)從電力系統(tǒng)延伸到相關(guān)的外部環(huán)節(jié)：研究各種非電力環(huán)節(jié)對電力可靠性及經(jīng)濟(jì)性的影響;避免電力系統(tǒng)及電力市場發(fā)展中不必要的彎路;避免突發(fā)的極端事件引起長時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)的大面積停電;也應(yīng)研究電力如何更好地推動大能源及環(huán)境安全。7)需要從大能源觀點(diǎn)研究電力流的上、下游。
10、大能源觀需要信息技術(shù)與物理系統(tǒng)的深度融合
1)綜合能源網(wǎng)是由物理系統(tǒng)(電網(wǎng)、氣網(wǎng)、熱力網(wǎng)、交通網(wǎng))與信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的信息物理融合系統(tǒng)。2)大能源框架中的信息采集范圍大大超出智能電網(wǎng)。3)建模與分析涉及大量一次能源、市場、環(huán)境環(huán)節(jié)。4)決策與控制必須提高自適應(yīng)能力，專用網(wǎng)的可靠性及實(shí)時(shí)性。5)決策支持必須面對多領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)管理及大量博弈行為。6)對社會開放的售電業(yè)務(wù)、新能源業(yè)務(wù)緊密融合互聯(lián)網(wǎng)。
11、信息事件影響電力可靠性，需要專用網(wǎng)，但目前忽視了信息系統(tǒng)不可靠的影響
1)當(dāng)前在線預(yù)警及決策中隱含的假設(shè)：所需信息都能及時(shí)采集到，并精確地反映系統(tǒng)狀態(tài);發(fā)生的事件都在預(yù)案范圍之內(nèi);決策支持系統(tǒng)運(yùn)作正確;運(yùn)行人員頭腦清醒;命令能及時(shí)下達(dá)，正確執(zhí)行。
2)不了解信息系統(tǒng)可靠性與電力系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)系：2003年9月意大利大停電反映了電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)間的復(fù)雜交互;綜合能源網(wǎng)基于開放信息網(wǎng)絡(luò)，黑客入侵途徑大大增加;綜合能源網(wǎng)覆蓋不同的物理系統(tǒng)，漏洞增加，防護(hù)困難;缺乏聯(lián)合仿真的手段。
3)缺乏信息系統(tǒng)安全防御系統(tǒng)的概念。
12、開放的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)需要互聯(lián)網(wǎng)平臺，因此Internet與專用網(wǎng)兩者都不可或缺
1)整合能源鏈中的清潔替代與電能替代;2)清潔能源一體化解決方案;3)售電業(yè)務(wù)對社會資本開放;4)銷售電力產(chǎn)品，經(jīng)營綠色能源和碳資產(chǎn);5)融資租賃業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的金融業(yè)務(wù);6)建設(shè)開放式平臺，提高效益;7)Internet用于開放參與的場合，但信息安全及實(shí)時(shí)性較差;8)專用(通信)網(wǎng)用于對信息安全性或?qū)崟r(shí)性要求高的場合，非開放式接入;9)Internet不能代替專用網(wǎng)，反之亦然。
13、大能源網(wǎng)vs智能電網(wǎng)
1)智能電網(wǎng)：電網(wǎng)本身就意味著互聯(lián)及大范圍優(yōu)化電能，但未涉及與自然環(huán)境、一次能源、市場行為的交互。2)若新術(shù)語的內(nèi)涵與智能電網(wǎng)相同，就無必要引入。3)研究的需求：從電能擴(kuò)展到各種二次能源的綜合;從二次能源擴(kuò)展到其上下游，針對大能源;從物理系統(tǒng)擴(kuò)展到環(huán)境系統(tǒng)及金融系統(tǒng);從數(shù)學(xué)模型擴(kuò)展到理性/非理性博弈。
14、信息網(wǎng)vs Internet
1)信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合也要有相應(yīng)的擴(kuò)展。2)Internet是計(jì)算機(jī)按通信協(xié)議交互的一種技術(shù)：專用術(shù)語，如IP地址、路由器、通信協(xié)議等;可指定接受者，調(diào)度路徑，可緩沖、存儲或滯后傳送。3)計(jì)算機(jī)通信除了通過Internet外，還有各種專用網(wǎng)。4)Internet不能覆蓋全部的通信網(wǎng)。
15、信息能源系統(tǒng)vs Energy Internet
1)電力流服從的物理規(guī)律與信息流不同：電功率在任何時(shí)間斷面上一定平衡;電力流服從Kirchhoff Law，不能緩沖或滯后;功率的不平衡只會發(fā)生在轉(zhuǎn)子，而引起機(jī)電穩(wěn)定性問題。
2)直購電(特定用戶購買指定電廠的電能)僅能從市場結(jié)算的含義去理解，在物理層面上，不可能指定。
3)不宜用互聯(lián)網(wǎng)的術(shù)語及規(guī)律來描述能源流：簡單地將電網(wǎng)與信息網(wǎng)“一體化”只能引入困惑;不能反映一次能源之間，終端能源之間的互相轉(zhuǎn)換;不能反映一次能源、二次能源及終端能源之間的關(guān)系。
4)需要拓展的概念是integrated(綜合的)，即使沿用“能源互聯(lián)網(wǎng)”，也應(yīng)讀為信息能源網(wǎng)，不是energy Internet，而是comprehensiveenergy network 或integrated energy networks。
16、在大能源層次上研究充裕性和穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)
自然環(huán)境、能源環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會環(huán)境、人才環(huán)節(jié)、創(chuàng)新環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、政策與監(jiān)管的擾動都會影響供電可靠性。反之，電力系統(tǒng)的充裕性與穩(wěn)定性也影響各外部環(huán)節(jié)。
應(yīng)認(rèn)真考慮極端災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，將停電防御范圍相應(yīng)擴(kuò)大(研究其外部災(zāi)害的演化過程及其機(jī)理;監(jiān)測點(diǎn)及預(yù)測盡量推前，支撐早期預(yù)警)，從大能源觀點(diǎn)研究電力流的上下游，如：電力與一次能源及終端電源的交互，如何適應(yīng)大能源變革?能源轉(zhuǎn)換及儲能技術(shù)的影響;針對大規(guī)?？稍偕茉?、分布發(fā)電、V2G及儲能，要哪些外延?
利用風(fēng)險(xiǎn)觀點(diǎn)協(xié)調(diào)安全與經(jīng)濟(jì)性，安全約束不再單獨(dú)需要，量化分析是約束優(yōu)化及控制優(yōu)化的基礎(chǔ)。
17、結(jié)語
1)綜合能源網(wǎng)之類的新概念必須不同于智能電網(wǎng)，也區(qū)別于“Energy Internet”。
2)大能源觀下，電力系統(tǒng)監(jiān)控與分析的概念也需要延伸：電廠與電網(wǎng)，設(shè)備與系統(tǒng)，博弈與機(jī)理的交互影響;技術(shù)措施、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域與管理決策;能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的綜合分析與控制;多領(lǐng)域、跨學(xué)科的系統(tǒng)工程。
3)自適應(yīng)的多道防線是重要的發(fā)展趨勢。
4)全面提升應(yīng)對高風(fēng)險(xiǎn)極端事件的能力：勿以概率小而不設(shè)防，也勿因太自信而不思進(jìn);“XX年不遇”的準(zhǔn)則并不科學(xué)。
