亢坤 宮倩倩

摘要：近年來(lái)，我國(guó)對(duì)電能的需求不斷增加，配電網(wǎng)建設(shè)越來(lái)越多。在碳中和重要發(fā)展目標(biāo)及能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)下，電能的清潔化替代趨勢(shì)將愈加顯著，配電系統(tǒng)在促進(jìn)新能源消納和用戶(hù)碳減排等方面發(fā)揮重要作用的同時(shí)，也將面臨新的挑戰(zhàn)。本文首先分析了智能配電網(wǎng)發(fā)展概述，其次探討了低碳微生態(tài)，最后就低碳化智能配電網(wǎng)規(guī)劃展望進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng);規(guī)劃;低碳

引言

隨著城市化建設(shè)的快速發(fā)展，供電能力是影響其發(fā)展質(zhì)量的重要因素之一，同時(shí)，在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚灰彩株P(guān)鍵。如何加強(qiáng)城市供電能力，保證居民日常用電，推動(dòng)電網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是電網(wǎng)企業(yè)需要處理的重要問(wèn)題。而只有城市電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，才可以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的發(fā)展需求，使居民的基本用電得到滿(mǎn)足。然而，從目前實(shí)際電網(wǎng)建設(shè)情況來(lái)看，很多電力企業(yè)只關(guān)注眼前的問(wèn)題，并沒(méi)有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的意識(shí)，這就導(dǎo)致我國(guó)電力成本的投資成本在逐漸增加，對(duì)其發(fā)展也造成了一定的約束。

1智能配電網(wǎng)發(fā)展概述

智能電網(wǎng)是由分布式節(jié)點(diǎn)組成的電力網(wǎng)絡(luò)，在智能子系統(tǒng)的普遍控制下運(yùn)行，稱(chēng)為智能微網(wǎng)。微網(wǎng)可以在并網(wǎng)模式、孤島模式或兩種模式下運(yùn)行。隨著智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)正面臨一個(gè)范式的轉(zhuǎn)變。分布式發(fā)電的概念是基于不同規(guī)模的能源，如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、微型渦輪機(jī)、光伏發(fā)電、燃料電池和風(fēng)力發(fā)電。其目的是為當(dāng)?shù)嘏潆娞峁╇娏?，或者向主電網(wǎng)注入足夠質(zhì)量的電力。配電系統(tǒng)的智能運(yùn)行有助于提高穩(wěn)壓、效率、可靠性、可用性、電能質(zhì)量，以及在故障條件下可能的運(yùn)行。智能電網(wǎng)的分散式發(fā)電依賴(lài)于復(fù)雜的通信、控制和管理，這些都依賴(lài)于電力公司和用戶(hù)之間的大量數(shù)據(jù)和信息。這些海量的信息對(duì)于使電網(wǎng)在正常和緊急運(yùn)行條件下更有效、更可靠、更安全、更獨(dú)立和更具支持性至關(guān)重要。智能電網(wǎng)提供了更大的能源輸送和電力流動(dòng)的可能性。它允許電力和數(shù)字信息在公用事業(yè)和客戶(hù)之間的雙向流動(dòng)。電網(wǎng)由智能儀表、傳感器、探測(cè)器、測(cè)量單元等支持，以批量或?qū)崟r(shí)的方式收集數(shù)據(jù)。此外，智能電網(wǎng)涉及眾多的應(yīng)用，這些應(yīng)用都創(chuàng)造了大數(shù)據(jù)的來(lái)源，例如，配電系統(tǒng)電力市場(chǎng)和價(jià)格、通過(guò)電網(wǎng)和變電站管理動(dòng)力傳輸和配電、智能負(fù)載轉(zhuǎn)換、管理可再生能源間歇性、電動(dòng)汽車(chē)的需求管理、智能建筑中的電力管理、智能電表、有效的需求響應(yīng)程序、智能資產(chǎn)管理、用于干擾記錄的相量測(cè)量單元（PMU）、能源消耗的匯總、公用事業(yè)公司的數(shù)據(jù)中心、負(fù)載和天氣狀況預(yù)報(bào)以及社交媒體程序，以便更有效地與客戶(hù)互動(dòng)。這些數(shù)據(jù)需要有效的管理和分析，以便更好地控制決策，提高電網(wǎng)的可靠性，減少能源需求，提高運(yùn)行效率，增加電網(wǎng)的能力。智能電網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些大數(shù)據(jù)有助于增強(qiáng)智能電網(wǎng)應(yīng)用。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)將以高效的方式存儲(chǔ)、處理和挖掘信息，以增強(qiáng)不同的智能電網(wǎng)服務(wù)。大數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)時(shí)信息交換，可以減少電網(wǎng)損耗，降低對(duì)主網(wǎng)的依賴(lài)，減輕高峰負(fù)荷，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)提供必要的系統(tǒng)支持，提高電網(wǎng)的可靠性、安全性和效率。

2低碳微生態(tài)

碳中和在配電網(wǎng)中最顯著的特征是分布式電源的高滲透接入，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源滿(mǎn)足負(fù)荷用電需求，從而降低發(fā)電側(cè)的碳排放量。然而，“碳中和區(qū)”作為一個(gè)具有自循環(huán)功能的系統(tǒng)，不等于風(fēng)機(jī)、光伏的簡(jiǎn)單安裝和并網(wǎng)發(fā)電，以“風(fēng)光儲(chǔ)直柔”為核心的低碳微生態(tài)架構(gòu)，可能是未來(lái)構(gòu)建“碳中和區(qū)”較為可行的整體性方案。其中，風(fēng)機(jī)、光伏等分布式電源作為清潔能量轉(zhuǎn)化裝置是“碳中和區(qū)”成立的必要條件;儲(chǔ)能系統(tǒng)是平抑峰谷波動(dòng)的主體，用來(lái)保證“碳中和區(qū)”的靈活性裕度;直流配電環(huán)節(jié)的加入可以省去直流設(shè)備和交流主網(wǎng)間數(shù)目眾多的變換裝置，對(duì)電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能效提升有重要意義;柔性設(shè)備在提高電網(wǎng)響應(yīng)控制水平的同時(shí)，可以賦予碳中和更多時(shí)空調(diào)節(jié)上的靈活性。風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電設(shè)備隨著成本的降低和體積的小型化，在配電系統(tǒng)中的安裝可行性和普及程度越來(lái)越高，并網(wǎng)控制技術(shù)的日益成熟和多種能源間的互補(bǔ)特性也將進(jìn)一步提升新能源滲透率，但是仍存在以下2個(gè)方面的問(wèn)題：一是在負(fù)荷側(cè)目前以用戶(hù)自行投建為主，呈現(xiàn)無(wú)序、分散、容量小等特點(diǎn);二是電能轉(zhuǎn)化受風(fēng)速、光照、溫度等自然因素影響較大，具有顯著的間歇性和波動(dòng)性。然而，隨著配電側(cè)可再生能源并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政策規(guī)范的陸續(xù)出臺(tái)，低能耗建筑逐步將風(fēng)機(jī)、光伏建造納入總體設(shè)計(jì)方案，虛擬同步機(jī)等技術(shù)推廣應(yīng)用后對(duì)分布式電源并網(wǎng)兼容性的有效改善，“碳中和區(qū)”將獲得更加可靠可控的新能源支撐。儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化調(diào)節(jié)充放電特性，可以在時(shí)間上有效改善分布式電源和負(fù)荷間功率不匹配的情況，它的調(diào)節(jié)能力在很大程度上決定了所在區(qū)域的對(duì)外碳特性，是維持當(dāng)前“碳中和區(qū)”約束邊界穩(wěn)定的關(guān)鍵系統(tǒng)。儲(chǔ)能裝置自身在要求高能量密度、低轉(zhuǎn)化損失之外，需要進(jìn)一步考慮能量存儲(chǔ)介質(zhì)和方式的低碳化，電制氫儲(chǔ)能技術(shù)日益得到關(guān)注和發(fā)展。電氫轉(zhuǎn)化不僅可以實(shí)現(xiàn)零碳排放，而且氫作為重要的工業(yè)原料和二次能源的有效補(bǔ)充，電解制氫也有助于消納過(guò)剩的分布式發(fā)電。因此，以電制氫為代表的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，以及氫能和電能之間相互獨(dú)立而又較為高效的綜合利用機(jī)制，將成為低碳微生態(tài)的重要組成部分。

3低碳化智能配電網(wǎng)規(guī)劃展望

3.1智能配電網(wǎng)信息傳感網(wǎng)絡(luò)

面向低壓配電物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)智能設(shè)備內(nèi)置通信芯片和操作系統(tǒng)的方式，統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)寬帶載波、微功率無(wú)線(xiàn)、NB-IoT等多種物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備與智能配變終端的方便、快捷互聯(lián)。

3.2大數(shù)據(jù)對(duì)配電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

（1）為眾多應(yīng)用開(kāi)發(fā)新穎安全的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)處理方案，以提高智能電網(wǎng)的可靠性;（2）開(kāi)發(fā)有效管理海量數(shù)據(jù)的新計(jì)算方法;（3）提高服務(wù)和應(yīng)對(duì)日益增加的分散式發(fā)電的能力;（4）促進(jìn)客戶(hù)層面的電力市場(chǎng)發(fā)展，例如加強(qiáng)以市場(chǎng)為本的需求回應(yīng)和以客戶(hù)為本的服務(wù);（5）正常和緊急情況下配電網(wǎng)絡(luò)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.3碳排放權(quán)交易

電力碳排放權(quán)交易市場(chǎng)作為電力市場(chǎng)的衍生體，在能源互聯(lián)趨勢(shì)下將具備海量終端、多邊接入和平等參與等新特征，為實(shí)現(xiàn)能源領(lǐng)域更加廣泛的碳源減排和碳匯增容創(chuàng)造新條件，從而成為加速智能配電網(wǎng)碳中和進(jìn)程的有效手段。通過(guò)制定安全高效的碳排放權(quán)結(jié)算與出清規(guī)則，利用經(jīng)濟(jì)層面的轉(zhuǎn)移支付方式，對(duì)地區(qū)間的異質(zhì)互補(bǔ)性資源進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，將對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃中不同利益主體的投資行為形成積極引導(dǎo)。同時(shí)，資本的流通不僅會(huì)讓各地域的碳排放權(quán)交易更加緊密，也會(huì)反作用到配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)體層面。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，“碳達(dá)峰、碳中和”作為國(guó)家重要戰(zhàn)略決策，決定了中國(guó)能源利用體系未來(lái)發(fā)展的價(jià)值方向。風(fēng)機(jī)、光伏等分布式電源的高比例滲透是能源清潔化轉(zhuǎn)型的重要支撐點(diǎn)，為配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)碳中和創(chuàng)造了條件，同時(shí)對(duì)先進(jìn)裝備的制造能力、安全穩(wěn)定的生態(tài)建設(shè)和高效協(xié)同的控制方法提出了新挑戰(zhàn)，將對(duì)智能配電網(wǎng)規(guī)劃理論和技術(shù)變革產(chǎn)生深刻影響。

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