智能電網——聰明的電網不浪費一度電

2021-10-31 19:09

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

原創韓越揚我是科學家iScientist

電能是我們生活中最熟悉，也最密不可分的能源形式。我們的用電量每時每刻都在發生改變，那么發電廠怎么才能控制好發電量呢？

理論上來說，電流的速度等同光速，因此發電廠發出的電力幾乎可以實時傳輸到各家各戶，既不會在線路中“擁堵”，也不會在發電廠里“堆放”?；蛘哒f，要想將電能存儲起來，需要將電流引導至特定的容器中，比如說電池；或轉換成另一種能源形式后再利用，比如抽水蓄能。但是，大規模電技術仍然沒有那么成熟，且造假高、存在損失，因此發電廠仍然需要實時控制發電量。

發電廠想要控制好發電量就需要先得知用電量，那么如何得知？答案是通過電網的自動化技術。在電力系統中，有一種技術叫做自動發電控制(Automatic generation control，AGC)系統，它可以通過測量電路中電流的頻率來判斷用電量，并自動調節電廠多臺發電機功率的輸出，以響應負荷變化的系統。

簡單來說，當用電量大于發電量，頻率就會降低，系統會自動調節機器加速；反之發電量大于用電量，頻率則會升高，機器則會相應地減速。如果你感覺難以理解的話，可以把電流想象成水流，電網想象成水管，發電廠想象成水池，那么用水大于放水時，水管中的水流就會變“細”，水管檢測到這種變化，就可以通知水池多放點水，反之亦然。

發電廠 | Pixabay

不過，在提倡能源板塊立體化發展的今天，電力系統不光要面臨用戶端變化莫測的用電需求，還要面對復雜多變的能源供應端。在傳統電力系統中，能源供應端主要是火力發電廠與水力發電廠，其發電量相對容易控制。但現如今，風力發電、太陽能發電、生物質能發電、地熱能發電等各類新能源也逐漸發展壯大，給電力系統的發展帶來了新的挑戰。

比如風力發電和太陽能發電受天氣影響極大，發電量本身就不穩定，各地區發展也不均衡，如果貿然并網，就會大大增加電網的控制難度，甚至導致電網失控。但是，消耗不可再生能源的傳統火力發電廠明顯無法滿足現代社會對能源可持續發展與環保的要求。因此，新能源發電的并網勢在必行。在這種背景下，智能電網應運而生。

智能電網丨Wikimedia Commons, Bartz/Stockmar / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

智能電網，也就是智能化的電網，又被稱為“電網2.0”。智能電網的智能化體現在升級、增設了各類智能化設施，使用了更為先進的傳感技術、信息技術和控制技術，并由此解決了傳統電網覆蓋范圍小、輸電巡檢難、配電忙調、新能源難以并網等問題。

首先，智能電網系統用分布式供電系統取代了傳統的單一線路供電模式。所謂單一線路供電模式，是指一個發電站單獨供電給一個城市或一個區域。這樣的好處自然是布局簡單，控制方便。但壞處也是顯而易見的，一旦發電站本身出現故障，就會導致所屬的區域大面積停電。不知道你是否還記得，我們小的時候經常會出現整個片區的停電，尤其在夏季。而現在不管空調、電暖氣開的多猛，好像都已經很久沒有遇到大規模停電的現象了?，F代電網采用分布式供電系統功不可沒。

不同于傳統的一對一模式，分布式供電系統將多個發電廠與多個城市的供電進行了智能匹配。而電網系統這種升級轉變，離不了各類的創新科技的加持，例如柔性交/直流輸電、網廠協調、智能調度、配電自動化等，都為分布式供電系統提供了有力的保障。

智能電網還將把傳統電網的動態調節模式轉變為提前預知模式，以便更為高效的控制各類新能源發電廠的發電工作。

我們都知道，白天的用電量往往要高于夜間，因此發電廠白天的發電量也一般會高于夜間，部分地區的電價也因此變成了分時段計費。然而這樣的預測還遠遠不夠精確。例如：春節期間，各處張燈結彩，人們熬夜聚會游玩，那么夜間的用電量可能會高于白天。

要想實現準確的預知用電量，就需要更多、更深入的去收集、了解、分析不同區域、不同用戶的用電習慣，以真實數據為基準，才能達到預測結果的準確可靠。

要想實現準確的預知用電量，就要以真實數據為基準 | Pixabay

為做到這一點，智能電網系統會在每一個用戶的節點上安裝智能傳感器，用以統計用戶的用電情況。用戶的用電數據隨之會與天氣、假期、發電廠維護等信息一同傳遞到云端平臺，然后智能電網中先進的算法模型會對收集到的大數據進行分析、推演，最后達到精準判斷出未來用電量趨勢的結果，從而提前對發電廠進行調配。

智能電網還可以根據用戶習慣及供需之間的緊張程度，制定更為準確合理的分段式計價規則，并及時告知用戶。用戶由此可以更為經濟合理的滿足自己的用電需求，甚至可以利用自己的儲能設備在低價時儲電，高價時售電而獲取經濟利益，緩解用電與供電之間的緊張狀況。這種供電與用電之間互相反饋、互相響應的模式就是智能電網實現高速雙向通信的基礎，也是實現發電“預言”的有力工具。

此外，智能電網也將先進的儲能技術與設施納入了電力系統。比如“電轉氣”這樣具有大規模應用潛力的儲能系統，可以將多余的發電轉化成氫氣或甲烷等清潔能源，實現與天然氣管網等系統的立體互聯。

電力工業是現代經濟的基礎與命脈，智能電網系統則可以向社會輸入更為持續、經濟和環保的電力資源，給未來復雜多變的市場發展提供更為堅實的電力保障，實現電力系統的節能減排，加快我們邁入數字經濟、綠色經濟的時代進程。