深度 | 全球能源互联网标准体系研究 支撑世界能源电力互联互通

3 GEI标准体系构成

3.1 智能电网

智能电网技术是全球能源互联的重要支撑技术,直接保障区域电网的互联互通、安全稳定、绿色高效地运行,并将推动GEI结构形态、能源形态、控制形态、设备形态、通信方式的不断演进与发展[16]。智能电网标准体系是GEI的核心,所涉及技术领域包括智能输变电、智能配电、智能用电和电力物联网4个领域：

图5 GEI技术标准体系表

1)智能输变电。智能输变电是保障电力输送和转换的关键环节。智能变电站主要关注变电站自动化技术与智能高压设备技术;智能输电线路主要关注输电线路新材料、巡检运维和监测预警;柔性交流输变电设备是提高输电线路动态调节容量、优化潮流、提升输送能力和系统安全裕度的重要保证。智能输变电是保障全球能源互联互通、安全稳定、可靠高效运行的重要基础环节。本技术领域包括智能变电站、智能输电线路和柔性交流输变电设备3个标准系列。

2)智能配电。智能配电是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术,将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成,实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的智能化。智能配电网是GEI中承上启下的关键环节,是能源消纳和分配的关键点[17]。本技术领域包括配电自动化、柔性配电、微电网和分布式电源4个标准系列。

3)智能用电。智能用电通过灵活的电力网络、智能设备和信息网络相连,形成高效完整的用电和信息服务网络,通过电网和用户的灵活双向互动实现电力资源的最优配置和高效利用。本技术领域包括高级量测体系、需求响应、能效管理与能效测评、智能用电互动服务、电动汽车充放电和电能替代6个标准系列。

4)电力物联网。电力物联网是实现各种智能传感设备与通信信息资源的(互联网、电信网甚至电力通信专网)结合的网络实体,具有自我标识、感知和智能处理的功能。本技术领域包括智能传感、传输网通信技术、接入网通信技术、数据共享及分析、云计算及数据平台、移动互联及人机交互、信息通信安全7个标准系列。

3.2 特高压及新型输电

超远距离、超大容量、超低损耗、灵活可靠地传输清洁能源是GEI面临的巨大挑战,特高压输电、柔性直流及直流电网、新型输电等多种输电技术的应用将是应对极端输电环境和运行维护条件的综合解决方案。

1)特高压输电。特高压输电是实现全球能源互联的核心技术之一,其超远距离、超大容量、超低损耗的特点赋予了电网更大范围调配能源资源的能力,为世界电网跨国跨洲大范围互联奠定了基础。本技术领域包括特高压交流和特高压直流2个标准系列。

2)柔性直流和直流电网。柔性直流输电技术是构建灵活、高效、可靠电网和充分利用清洁能源的有效途径,使用柔性直流和直流电网技术,将全球范围内风电、水电、火电等电源进行互联,可在大范围内平抑可再生能源发电的波动性、间歇性等问题,最大限度地降低其对电网产生的冲击,实现GEI清洁替代和全球配置的目标。本技术领域包括柔性直流和直流电网2个标准系列。

3)新型输电。在洲际、跨国等特定工作环境和特殊地域条件下常规输电技术无法实现的场合,需要采用新型输电技术(如半波长交流输电、超导输电、无线输电和管道输电)来提供电力(能源)输送的有效解决方案。本技术领域包括半波长交流输电、超导输电、无线输电、管道输电4个标准系列。

3.3 清洁能源

在全球范围内,开发应用绿色清洁能源是实现可持续发展的必然选择。目前不仅需要制定清洁能源发电设备或系统本身的清洁能源国际标准,还需要制定系统级的运行控制标准,对清洁能源发电装备、系统及清洁能源并网、运行控制、大规模储能等方面做出要求和规定。

1)清洁能源发电装备及系统。清洁能源作为GEI输送的主导能源,主要包括水力发电、风力发电、太阳能光伏发电、太阳能光热发电、海洋能发电等多种发电形式。为了支撑GEI发展,要深入分析当前清洁能源标准体系的优势与不足,为后续标准的完善奠定基础。本技术领域包括水力发电、风力发电、太阳能光伏发电、太阳能光热发电和海洋能发电5个标准系列。

2)清洁能源并网及运行控制。制定清洁能源并网及运行控制相关标准对于解决大量间歇性、波动性的清洁能源接入电网等问题具有重要意义。本技术领域包括并网接入系统、并网试验与监测、资源评估与功率预测和清洁能源集群控制4个标准系列。

3)大规模储能。大规模储能技术是把大规模电能或热能转换为其他便于储存的能量形式,又能在需要时利用电能的技术,具有大容量、高性能、规模化的技术特点。大规模储能在新能源接入、削峰填谷、平滑负荷、调频等方面具有积极的作用,贯穿能源互联网的发、输、配、用的各个环节。本技术领域包括电化学储能、物理储能、大容量高效氢储能3个标准系列。

3.4 电网互联

电网互联不仅可以协调平衡各区的紧急功率支援,提高系统的安全稳定水平,还能协调电源负荷结构的不平衡,实现各区域间能源资源优化配置[18]。逐步实现跨区域电网互联,使电力系统的规模越来越大,不同地区的资源通过电网互联得以有效的利用。

1)互联电网规划与仿真分析。电网规划是电网建设和发展的一个重要环节,科学的规划对于指导电网建设具有重要意义。电力系统仿真分析是电网规划、设计和运行的重要支撑,在电力系统研究体系中处于基础地位。随着跨国跨洲电网加强互联,然而各国的地理环境、电网发展程度以及电力设备都不尽相同,因此,在制定互联电网规划与仿真分析相关标准时要因地制宜,结合区域内的发展现状。本技术领域包括电网规划和电网仿真分析2个标准系列。

2)互联电网安全控制与保护。电网互联在扩大电力系统规模的同时,也增加了系统复杂程度以及可靠运行的风险,电网的安全控制与保护涉及到互联电网每一个节点,同时又互相影响,现有的国际继电保护标准强调继电保护设备的硬件及功能应用,已形成了涵盖通用、功能、应用等在内的较为完整的系列标准,但是系统级保护的相关标准还需进一步地制定。本技术领域包括电力系统继电保护和电力系统安全稳定控制2个标准系列。

3)互联电网调度与交易。全球电网互联对电网调度提出了新的挑战,一旦出现较小的扰动,势必影响整个电网格局的健全与完善,因此,必须充分考虑各国调度通信基础设施现状以及法律和规章制度等方面的差异,从技术、管理两方面同时入手,制定系统性的安全防护体系架构。在市场交易方面,随着国际能源供需格局的变化,在更大范围内优化资源配置成为全球能源利用的内在需求。未来GEI的形成和有效运营也需要建立在全球电力市场机制的基础上[19-20]。本技术领域包括互联电网调度和互联电网市场交易2个标准系列。

4 标准化工作建议

本文基于智能电网、特高压输电、清洁能源和电网互联相关标准的研究成果,遵循系统性、继承性、扩展性原则,提出了GEI标准体系架构;并按照GEI标准体系架构详细介绍了GEI标准体系的构成和内容;为GEI的标准制定提供了规范与框架,促进全球能源的互联互通。

该标准体系也存在一些不足,新技术的不断研发使得标准体系需要及时更新,该标准体系在世界范围内的接受程度有所不同,需要在保证标准的协调性和一致性的基础上,提出GEI标准化工作建议如下：

1)以GEI标准体系为标准化工作指导原则。由于GEI涉及众多专业和技术领域,包括电力、信息、通信、新能源、新材料、交通等,内容跨度大,综合性强,需要以系统性、继承性、扩展性为原则的GEI标准体系为指导框架,开展相关标准化工作。

2)建立GEI标准化工作机制。标准化工作机制是指在GEI标准的制修订和宣贯工作组织开展过程所依赖的组织管理程序。建立GEI标准化工作机制包括制度保障、组织保障、技术保障、具体实施保障4个层面。

3)加强参与各方合作,提高GEI标准体系在世界范围内的接受程度。参与各方应打破行业隔阂,广泛地吸收相关行业的龙头企业和国际或各国标准组织参与,聚焦利益相关方共同的发展关切,通力合作,确保标准的一致性和协调性,共同推动制定GEI标准。

5 结论

全球能源互联网能实现清洁能源在全球能源的优化配置,保障互联电网经济高效运行。GEI标准是建设GEI的必不可少的技术基础。GEI标准体系是指导GEI标准制定的一项战略性、纲领性工作,是GEI技术标准的顶层设计。

通过对国内外相关标准的进展和应用现状的梳理,提出了GEI概念模型和参考框图。遵循系统性、继承性、扩展性原则,从智能电网、特高压及新型输电、清洁能源以及电网互联这4个方面,提出了GEI标准体系的层次结构及体系表。

本文分析这4方面的标准需求,总结了GEI标准体系建设内容,最后给出了标准化工作中应建立GEI标准化工作机制、加强参与各方合作等建议。

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