余貽鑫院士：智能電網(wǎng)將催生新技術和商業(yè)模式，實現(xiàn)工業(yè)革命

　　智能電網(wǎng)能夠以電力和信息的雙向流動性，將通信的優(yōu)勢引入傳統(tǒng)電網(wǎng)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

　　推動實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，新型電力系統(tǒng)則是其中的關鍵載體。隨著新能源裝機規(guī)模與綠電滲透率的不斷增長，配電網(wǎng)穩(wěn)定運行面臨著巨大挑戰(zhàn)。

　　當下，推進新型電力系統(tǒng)下的配電網(wǎng)改造升級已經(jīng)成為迫切需求。而智能電網(wǎng)能夠以電力和信息的雙向流動性，將通信的優(yōu)勢引入傳統(tǒng)電網(wǎng)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

　　12月14日，在2023新型電力系統(tǒng)與電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，中國工程院院士、天津大學教授余貽鑫對配電網(wǎng)未來將面對的挑戰(zhàn)與機遇進行了分析，他表示：“設想中的智能電網(wǎng)將像互聯(lián)網(wǎng)那樣具有顛覆性，其關鍵目標是像Internet一樣催生新技術和商業(yè)模式，實現(xiàn)工業(yè)革命!”

　　智能化電網(wǎng)建設正當時

　　配電網(wǎng)是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要支撐點，在“雙碳”目標的驅(qū)動下，配電網(wǎng)將發(fā)生重大變革，其作用比以往任何時候都更加重要。

　　在新的戰(zhàn)略機遇下，新型能源體系建設對配電網(wǎng)向現(xiàn)代化智慧升級提出了更高要求。今年4月，國家能源局印發(fā)的《關于加快推進能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見》中提到，以數(shù)字化智能化電網(wǎng)支撐新型電力系統(tǒng)建設。

　　作為國內(nèi)智能電網(wǎng)研究的首倡者，余貽鑫院士在2023新型電力系統(tǒng)與電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上提到，現(xiàn)在的配電系統(tǒng)仍面臨多方面的挑戰(zhàn)。

　　具體來講，一是電力負荷需求增長快，二是電力需要保持高的和不同的可靠性，三是需要具有容許接入分布式電源的靈活性，四是高成本、低使用系數(shù)的問題，五是需要滿足市區(qū)和社區(qū)的環(huán)境、健康和安全需要，六是建設場地的獲取問題。

　　眾所周知，我國傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的資產(chǎn)利用率是不高的。余貽鑫提到，利用率不高說明余量大，余量大說明可靠。“但是我國電力資產(chǎn)的利用率和可靠性均不高，這說明我們的電網(wǎng)需要更高的智能化。”

　　智能電網(wǎng)的特點是電力和信息的雙向流動性，以便建立一個高度自動化的和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡。為了實時地交換信息和達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡，把通信的優(yōu)勢引入電網(wǎng)。

　　提及當前的電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的區(qū)別和差距時，余貽鑫表示，電網(wǎng)重點就是一張電力網(wǎng)，但是未來的智能電網(wǎng)是兩張網(wǎng)：一張電力網(wǎng)、一張通信網(wǎng)。“從最基礎的電力設施開始就有智能代理，通信網(wǎng)和電力網(wǎng)就結(jié)合起來了，而電力網(wǎng)實現(xiàn)這件事情的手段是通過高級量測體系的建立，就是安裝智能電表之后應該把通信體系完善起來。”

　　“相關數(shù)據(jù)表示，我國已經(jīng)裝了4億-5億塊智能電表。雖然通信提升了，但還有不少地方通信提升得不夠。”余貽鑫表示，智能電表還不能完全獲得其安裝后所需要獲得的效益。不過，智能電網(wǎng)會把大量的監(jiān)視(運行狀態(tài)和設備健康的)傳感器連接到一個安全的通信網(wǎng)上，實現(xiàn)其近乎實時的可觀性。

　　而集成的能量與通信體系則通過創(chuàng)建高級電表和電力公司業(yè)務系統(tǒng)之間的雙向通信網(wǎng)絡(AMI)，完善了電力通信系統(tǒng)的“最后一公里”。

　　技術創(chuàng)新驅(qū)動配電網(wǎng)智慧升級

　　縱觀當前電網(wǎng)，“源-網(wǎng)-荷-儲”各個環(huán)節(jié)都發(fā)生了巨大的變化。

　　國家能源局印發(fā)的《關于加快推進能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見》提出，到2030年，能源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)字化智能化創(chuàng)新應用體系初步構(gòu)筑、數(shù)據(jù)要素潛能充分激活，一批制約能源數(shù)字化智能化發(fā)展的共性關鍵技術取得突破。

　　本次論壇上，余貽鑫介紹了智能配電網(wǎng)的主要技術。他提到，在智能電網(wǎng)技術組成中，靈活的電力網(wǎng)絡拓撲與魯棒的信息和通信技術的集成，是最基礎的基礎設施。

　　余貽鑫表示，在建設智能電網(wǎng)時，首先要建設一個靈活的電力網(wǎng)絡拓撲。“只是目前關于未來城市配電網(wǎng)的典型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)還不夠清晰，可供參考的有多分段、多聯(lián)絡，既可以提高可靠性，也可以提高設備利用率。”

　　此外，在構(gòu)建智能電網(wǎng)工程之前，要建立一個強大的信息通信網(wǎng)絡。余貽鑫表示，目前DERs、負荷和電力公司之間缺乏適當通信是妨礙DERs大規(guī)模整合和AMI功能發(fā)揮的一個主要因素。

　　而在高級配電管理中，則需要注意，智能配電網(wǎng)管理是著力于最大限度地提高配電系統(tǒng)饋線、變壓器和其他組件的性能，并將其與輸電系統(tǒng)和客戶運行相集成。

　　在數(shù)字化的浪潮下，數(shù)字孿生新技術與國民經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)融合不斷深化，引發(fā)了業(yè)界的廣泛關注。如今，數(shù)字孿生技術在電力行業(yè)的應用也越來越普遍。

　　余貽鑫提到，盡管數(shù)字孿生在我國推廣的很快，但其背后的關鍵技術并沒有得到更多的重視，他呼吁從業(yè)者抓住背后的關鍵技術——配電快速仿真與建模。

　　他表示，配電快速仿真與建模是智能電網(wǎng)運行的核心軟件，其中包括風險評估、自愈控制。“自愈控制是第四次工業(yè)革命智能化中很重要的組成部分。智能化的特點是有自調(diào)節(jié)能力、自恢復能力等等，所以電網(wǎng)要有自愈的能力，它也具有優(yōu)化的功能，能為智能電網(wǎng)提供數(shù)字支持和預測分析能力。”

　　隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，高級量測體系、需求響應以及大量的分布式電源和電動汽車的部署，高級配電自動化對于整個電力系統(tǒng)高效可靠地運行變得越來越重要。

　　余貽鑫表示，高級配電自動化用于電力交換系統(tǒng)，它將使用電力電子技術、信息技術、分布式計算和仿真等方面的技術，因此高級配電自動化創(chuàng)建未來的城市電網(wǎng)或者智能配電網(wǎng)。

　　除此，余貽鑫還介紹了其他智能配電網(wǎng)的主要技術組成，比如用戶側(cè)系統(tǒng)的需求響應(用戶適應電網(wǎng)的能力，幫助電網(wǎng)塑造負荷曲線和削峰填谷)、直接負荷控制、能效管理以及商業(yè)及客戶服務，包括智能家居和數(shù)據(jù)服務;應用和未來服務中包括的實時電力市場等等。

　　當前，推進電力數(shù)據(jù)開放共享、釋放電力數(shù)據(jù)更大價值已成為行業(yè)發(fā)展共識。

　　余貽鑫直言，任何智能電網(wǎng)的命脈都是用以驅(qū)動應用的數(shù)據(jù)和信息。“電力系統(tǒng)任一層，從用戶計量到配電、輸電、發(fā)電和市場運營，所收集到的數(shù)據(jù)都可能同其他層運行的改善相關。所以以適時的方式與那些需要使用或有權了解數(shù)據(jù)的參與者共享數(shù)據(jù)，并達到實時是智能電網(wǎng)的基本要素。”

　　論壇上，余貽鑫提到了其團隊研制的非侵入式的戶內(nèi)設備功率分解裝置。他說：“這是為用戶提供的，但現(xiàn)在有的電力公司裝了以后把數(shù)據(jù)握在自己手里，并沒有進行數(shù)據(jù)共享。”他建議電力公司應該盡早著手研究相關事宜，畢竟這關系著數(shù)據(jù)安全，是不可回避的問題。

　　新工業(yè)革命的強勁引擎

　　2011年，美國學者杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)在其著作《第三次工業(yè)革命》中預言，以新能源技術和信息技術的深入結(jié)合為特征，一種新的能源利用體系即將出現(xiàn)。他將他所設想的這一新的能源體系命名為能源互聯(lián)網(wǎng)(Energy Internet)。

　　里夫金說：人類社會必將邁進一個新時代，屆時可再生能源和互聯(lián)網(wǎng)技術將融合以創(chuàng)造一套強大的新基礎設施。

　　對此，余貽鑫表示：“當時里夫金說的是第三次工業(yè)革命，但第三次工業(yè)革命的重點是自動化和電力電子。第三次工業(yè)革命和第四次工業(yè)革命在電網(wǎng)方面連起來了。第四次工業(yè)革命的重點是智能化，智能電網(wǎng)是其中的一個重要組成部分。”

　　在里夫金能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想中，他表示：在這一愿景中，數(shù)以億計的人們會從他們家中、辦公室和工廠的可再生能源中生產(chǎn)綠色能源，并在“能源互聯(lián)網(wǎng)”中彼此分享，就像現(xiàn)在我們在線創(chuàng)造和分享信息。通過部署各種儲能技術，能量將本地存儲在每一棟建筑和整個基礎設施中。而且，交通車輛將轉(zhuǎn)變成電動的和燃料電池汽車。

　　正如里夫金的構(gòu)想，建設智能電網(wǎng)的過程，也是催生新技術和商業(yè)模式的過程。談及未來的新業(yè)態(tài)，余貽鑫表示，與智能電網(wǎng)相關的技術非常之廣，可以分為三類，即智能電網(wǎng)技術、電網(wǎng)可帶動的技術和為智能電網(wǎng)創(chuàng)建平臺的技術。

　　其中，電網(wǎng)可以帶動的技術包括風力發(fā)電機組、插電式的電動汽車、光伏發(fā)電裝置、綠色節(jié)能建筑和智能家電。余貽鑫用“范圍非常之巨大、市場非常之廣泛”來形容這類技術。

　　智能電網(wǎng)創(chuàng)新平臺的技術包括綜合的通信技術、傳感和計量技術、高級的組件，其中包括超導技術、儲能技術、電力電子技術和診斷技術。

　　提及智能電網(wǎng)的目標，余貽鑫表示：“設想中的智能電網(wǎng)將像互聯(lián)網(wǎng)那樣具有顛覆性，它將改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?，并激勵類似的變革，其關鍵目標是像Internet一樣催生新技術和商業(yè)模式，實現(xiàn)工業(yè)革命。”