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陈皓勇:构建透明电网助力能源革命 实现电网物理层和价值层的透明化

北极星输配电网  来源:中国能源报    2020/11/11 8:45:05  我要投稿  

北极星输配电网讯:核心阅读:“透明电网”比“电力物联网”等概念的含义更加广泛和深刻,既涵盖相关关键技术,也包括体制机制的内容,今后将进一步发展为“透明电力系统”“透明能源系统”,其终极目标是形成零边际成本的能源互联网,届时电力(能源)的存储和使用方式将更加方便,也更高效。

当前,能源互联网已经成为我国能源电力领域热点。同时,电力(能源)系统数字化已成全球趋势。智能电网、能源互联网技术的快速发展,以及电力市场改革、新能源革命引发的电力系统信息大爆炸,导致海量的电力设备、电器以及用户需要数据连接和先进信息通信技术(以下简称“ICT”)的支撑。目前在电力(能源)系统信息通信理论与技术方面比较热门的研究有:信息物理系统、物联网、无线传感器网络等。在此背景下,中国工程院院士李立浧首次提出“透明电网”的概念:即把现代信息通信技术与电网相结合,在电网上安装小微智能传感器,让电力系统的各个环节展示出来,包括电源信息透明、网络信息透明、市场信息透明、设备状态透明、运行状态透明、交易状态透明等等,最终实现自由数据采集、自由数据存储、自由数据获取、自由智能分析。它可以让社会各方广泛深入参与电力生产、传输、消费等各环节,协同促进能源电力的清洁低碳、安全高效发展。

透明电网概念的提出主要受到两件事的启发:第一件是以色列农业运用了大量信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等,极大提高了农业生产效率。第二件是交通系统的路况可以清晰、透明地展现在网络上,行车路线可以规划,也可随时调整。这些也可以应用于电网。但是,“透明电网”比“电力物联网”等概念的涵义更加广泛和深刻,既涵盖相关关键技术也包括体制机制的内容,今后将进一步发展为“透明电力系统”“透明能源系统”,其终极目标是形成零边际成本的能源互联网,届时电力(能源)的存储和使用方式将更加方便,也更高效。因此,透明电网理念的提出和相关技术的发展将实现电力(能源)系统的“状态全面感知、信息深度透明、运行高度智能”,促使电力科学的研究范式从基于模型的分析/仿真科学到数据驱动的计算科学转变,将影响到未来电力系统生态乃至能源行业生态,并对世界能源发展产生重要影响。

实现能源互联网的关键是在现有可再生能源发电与智能电网技术的基础上,进一步加强物理层、信息层与价值层的互联。相应地,透明电网也是以现代信息通信技术(如小微智能传感器)为支撑,实现电网物理层和价值层的透明化。

有助于实现能源互联网物理层透明化

以泛在的小微智能传感器为基础,配合电力系统传统的测量终端,构建泛在传感网络,随时随地反映电网内外状态的即时变化,实现对电流、电压等电量状态,以及重力、压力、光照、温度、声音、图像等非电量状态的全面数据获取和及时高效传递。目前可以预见的目标有:第一,电网运行参数(包括电网运行工况、电源情况、负荷情况等)透明化,为政府规划提供决策依据、为电网生产运行和电能供需方市场交易提供所需的电网运行状况信息;第二,将电力设备基础信息透明化,如将设备健康状态(包括设备变位视频图像、数据记录,以及操作电源信号等)提供给设备厂家作为检修评估和给科研机构作为研究发展之用;第三,将电网公共事业信息透明化,如将公共资源信息(包括变电站视频监控、架空线路雷电预警、充电桩占用情况等)提供给公安消防、气象台、广大电动汽车用户共享以完善安全监控范围、辅助天气预报、支持有序高效充电等。

设备层透明化致力于将融合传统电气设备单元与信息通信技术,将单一、离散的设备状态、控制信号整合提升为综合性强、连续性好、透视度高、内涵齐全、应用场景众多、数字化程度高的信息流。信息流可供多元用户多维多层次使用,对于将电网功能从单一供电转化为多元能源枢纽有着重要意义:第一,通过整合电网控制信号与信息流,有效结合源荷状态、线路实际可载流量等网络受限因素,推演受限断面和事故预想情况,制定调度控制策略,实现电网智能化运行控制,降低网络损耗,提高发电机组的利用水平,促进清洁能源优先消纳。第二,通过加装小微智能传感器设备,提高单一设备的控制与反馈能力,赋予设备本身强交互、智能化、自适应的特性,进而实现设备集群化/分散化以及模块化/个体化的多样化控制保护策略。对于实现区域电网自适应调节、提高区域电网故障后自愈能力、配电网源荷互融、小微分布式能源自由并网、多种能源形式协同优化等有极大促进作用。第三,强化电网对公共资源的优化配置能力。将空置充电桩、储能等设备信息提供给用户共享,利用电力系统所掌握的公共资源信息,结合电力市场价格的引导作用,指导广大用户采用最佳用电方式,实现电网削峰填谷、用户优惠购电等多赢局面。

有助于实现能源互联网价值层透明化

在以2015年3月15日中共中央、国务院发布的《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》为标志的新一轮电力体制改革启动之前,我国没有独立的输配电价。销售目录电价体系非常复杂,不同区域、行业、电压等级的销售电价差别很大,内含了购电成本、输配电成本、输配电损耗、政府性基金及附加等,还存在交叉补贴。因此,电网成本不透明一直被人诟病。输配电价改革是新一轮电力体制改革的重要组成部分,2015年以来,国家发展改革委、国家能源局初步建立了覆盖跨省跨区输电工程、区域电网、省级电网、地方电网、增量配电网的全环节输配电价监管制度框架,确定了我国输配电定价的基本思路。透明电网的构建将有利于厘清输配电资产及成本,建立适应于电力体制改革的输配电资产全寿命周期成本管理模式,助力输配电价的定价与监管。

当前,电力现货市场建设已成为电力体制改革的关键任务之一,电力现货价格也称为实时电价,由电能生产的短期边际成本确定,它是系统总生产成本对某一用户在某一时刻用电量的偏导数。在实际电力市场中,实时电价一般由安全约束机组组合、安全约束经济调度等短期运行优化模型求出,得到所谓节点电价或分区电价。节点电价受三个因素影响:发电边际成本、线路阻塞情况和网损,采用节点电价法不仅可得到计及输电阻塞的发电计划,而且求出的节点电价也为阻塞费用的分摊提供了依据。但是,节点电价在实际应用中也存在明显不足,特别是对电网物理参数和运行条件相当敏感(特别是电网阻塞情况对电价会产生明显影响),导致发电商和用户承担过大的电价波动风险。此外,节点电价计算所需的电网参数都属于机密信息,对于市场主体来说,市场出清模型有可能因此成为一个黑箱。因此,如何加强交易的透明性(即合理的信息披露机制)就成为电力市场建设的关键任务之一,也将是透明电网的用武之地。

有助于实现能源革命目标

能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题,对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。总书记2014年6月13日主持召开中央财经领导小组第六次会议时提出“四个革命、一个合作”的能源安全新战略,从全局和战略的高度指明了保障我国能源安全、推动我国能源事业高质量发展的方向和路径。透明电网将从以下几个方面助力能源革命目标的实现:

首先,透明电网建设可加速推动电气化与信息化深度融合,助力能源消费革命。通过信息化手段,全面提升终端能源消费智能化、高效化水平,推动智慧能源城市建设和发展,推广智能楼宇、智能家居、智能家电,助力智能交通、智能物流。培育基于互联网/物联网的能源消费交易市场,推进用能权、碳排放权、可再生能源配额等的网络化、智能化交易,发展能源共享经济模式。促进终端用能电气化、信息化安全运行体系建设,保障安全可靠的能源消费。发展各类新型用电方式,支持新产业、新业态、新模式发展,提高新消费用电水平。

其次,透明电网建设可推进能源生产智能化,助力能源供给革命。促进风电、太阳能发电等可再生能源的智能化生产,推动化石能源发电的数字化、智能化改造,支持先进储能系统开发。推动电力系统的数字化、智能化建设,并有效对接油气管网、热力管网和其他能源网络,促进多种类型能源网络互联互通和梯级综合利用,建设“源—网—荷—储”协调发展、集成互补的能源互联网。推动能源生产管理和营销模式变革,重塑产业链、供应链、价值链,增强发展新动力。以透明电网为核心,构建基于大数据、云计算、物联网等技术的能源监测、管理、调度信息平台,以及服务体系和产业体系。

再次,透明电网建设能推动智慧能源基础设施建设和装备关键技术、信息通信技术进步,助力能源技术革命。建设完善的智慧能源基础设施,促进ICT设备国产化。持续完善能源大数据平台能力建设,合理规划数据资产分类,开放数据分析与共享服务。提升设备智能感知与数据汇集能力,实现电力系统的万物互联,促进人工智能与传统电力(能源)业务的深度融合。促进数据驱动背景下的电力(能源)基础理论研究,使电力(能源)科学的研究范式从基于模型的分析/仿真科学向数据驱动的计算科学转变,在大电网安全稳定运行、智能电网、大规模新能源接入、综合智慧能源、数字电网、大规模储能等关键技术方面取得突破。

最后,透明电网建设有助于加快形成企业自主经营、消费者自由选择、商品和要素自由流动的电力(能源)市场体系,助力能源体制革命。促进完善的电力、油气、煤炭以及用能权等能源交易市场建立,确立公平开放透明统一的市场规则。打破地区封锁、行业垄断,建立主要由市场决定价格的体制机制。促进竞争性环节价格的全面放开和公开公平竞争,建立科学合理的信息披露机制,加强对市场价格的事中事后监管,规范价格行为。透明电网助力政府定价成本监审,推进定价公开透明,完善政府在重要民生和部分网络型自然垄断环节的价格监管制度。落实和完善社会救助、保障标准与物价上涨挂钩的联动机制,保障困难群众基本用能需求。

(作者供职于华南理工大学电力经济与电力市场研究所)


原标题:构建透明电网,助力能源革命(观点市场)

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