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薛禹胜院士:发挥电网对能源转型的主动支撑作用

北极星智能电网在线  来源:国家电网报  作者:王颂 欧昶 袁仲伟  2018/12/25 10:34:08  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:寻求电网适应新时代发展要求的更佳方案——访中国工程院院士、国网电力科学研究院名誉院长薛禹胜

12月18日早上,和往常一样,薛禹胜早早地来到办公室,准备在手机上收看庆祝改革开放40周年大会现场直播。

改革开放40年,是经济社会各领域中“中国奇迹”全面迸发的40年,更是电力行业取得卓越成就、为经济社会发展作出巨大贡献的40年。中国电力行业蓬勃发展,技术水平不断迈上新台阶,人民用电更加便捷。对薛禹胜来说,这40年也是非同一般的经历。

“我是云贵高原上一块被困住的小石头,40年前的那个春雷把我震出困境,开始了至今40年的电网安全探索旅程。”

1978年是薛禹胜在贵州遵义一机部第二设计院的第8个年头,那年他37岁。有一天,从广播里听到首届研究生招生的年龄放宽到38岁的消息,他抓住了这次机会。他说:“就这样,被困在云贵高原上的小石头被改革开放的春雷震了出来,与电力紧密相连。”

“当时,人类对电的驾驭能力还远远不够。”薛禹胜回忆,世界各国的科学家从20世纪70年代起就在寻求快速定量评估电网稳定性的事故隐患的方法,到了1978年,这一世界性的难题——电网实行暂态安全分析仍未攻破。

20世纪80年代,这个难题逐渐被破解。薛禹胜介绍:“那时好多都是定性方法,就像盲人的探路棍,无法觉察临近的风险。而扩展等面积法(EEAC)的量化功能使电网人员能直接估计系统在扰动下离崩溃状态还有多远,犹如导盲犬对盲人的指引,掌握离开障碍物的距离并及时调整行走路线。这正是可以帮助电网人员规避大停电的最关键信息。”

EEAC是一套快速的量化算法,为构建现代大电网的防御体系奠定了坚实的理论基础,扭转了灾变防御工作的被动局面。这意味着对传统方法的革命。1994年,EEAC在东北电网中心在线应用通过了工程应用鉴定,大大提高了我国电网的安全稳定运行水平。

与电网安全水平同步提高的,还有输电的电压等级。

2005年,中国工程院的咨询报告明确提出,有必要加快特高压输电研究和工程应用的步伐,建议加大对超高压/特高压输电关键技术的研究的支持力度,并将这些关键技术纳入国家中长期科技发展规划。

薛禹胜认为,新的经济发展阶段,建设好特高压是中国电力学术界和工程界攀登技术高峰难得的机遇。但也要看到,特高压电网的安全运行同样是极具挑战性的任务。因此,解决“超大规模输配电和电网安全保障”这一难题,便摆在了科研工作者的面前。

改进的方法在于寻找控制手段中风险最小的组合,并以风险的大小来判定故障的严重程度。过去由于无法在机理、算法方面找到综合最优的对策,难以做到经济性与安全性上的协调,往往为保障安全性过度地牺牲经济性。所以随着电网的发展,控制手段也要改进。

薛禹胜提出的“时空协调的大停电防御体系”就是这样的一种改进。

该体系立足于动态、定量、优化、在线、自适应、风险和协调的观点,有机协调预防控制、继电保护、紧急控制、校正控制等防线,并为这些防线提供在线决策支持。

如何在技术上实现?薛禹胜研究开发了“广域监测分析保护控制(WARMAP)”系统框架,实现时空协调的大停电防御体系,为更复杂电网的安全稳定运行提供一个关键的技术支撑。他表示:“中国有能力在世界上建好特高压输电工程,也有能力保证它的安全稳定运行。”

与改革开放以来中国经济社会快速发展相适应,中国电网实现了跨越式发展,且是世界上近20年唯一没发生大停电事故的国家。薛禹胜认为,这不是偶然。大电网安全投入就好像一个人的保险费用。国外电网“身体”强壮,这可以减少生病概率,但不能避免车祸等意外事故的发生;而我国电网在强筋锻骨的基础上,还在计算投入多少“保险”费用,才能够得到最佳的安全控制,以保证大电网安全。

40年间,我国电力事业乘着改革的春风砥砺前行,发生改变的是规模、技术水平等方方面面,不变的是安全。薛禹胜认为,寻找到新时代电网如何适应能源发展需求的更佳方案,成为我国电网未来发展的方向。

“电能是连接一次能源与终端能源的桥梁,是推动能源转型的中心环节。要利用仿真平台,研究电力转型对能源转型的主动支撑。”

改革开放40年能源发展报告显示,40年来,我国的能源发展取得了举世瞩目的历史性成就,但长期累积下来的发展不平衡、不协调等问题也不断加剧。

前不久,薛禹胜参加了在波兰举行的联合国气候大会。他又一次深刻地意识到,人类面临着能源危机、气候变化、环境安全等严峻挑战,能源的清洁替代成为全球的共识。3年前在第21届联合国气候变化大会上达成的《巴黎协定》中,各国同意将全球气温相对于工业化前水平的升幅控制在2摄氏度内,并努力控制在1.5摄氏度内。但是按照目前各国的自主减排方案,至本世纪末升温幅度将达到2.7摄氏度,难以达到2摄氏度的目标。

薛禹胜说,人类的发展会影响到生存的环境。如果发展超过环境自修复能力的话,就是用长期利益换取短期利益。这显然是不可取的。那么,如何在发展的速度和保护环境的程度之间找到最佳的解决方案?他在思考,电力系统应该如何更好地在发电侧支撑清洁能源替代,而在能源的消费端支撑电能替代。

目标和方案都指向能源转型。在薛禹胜看来,能源转型的要点是大力开发利用可再生能源,提升能源利用效率降低排放,但可再生能源要经过二次能源转化,二次能源又要通过电网输送到终端,所以电网是推动能源转型的枢纽和中心环节。为此,要以电力和电网作为核心支撑,使一次能源实现大规模清洁能源替代,终端能源实现大规模电能替代,构建多种能源资源互补互济、协同发展的新一代能源系统。

在此背景下,薛禹胜提出电网要主动支撑能源转型。他认为,我们要优化一次能源的转型目标及路径,要正确预计在能源转型中,需要我们电力系统起到什么“量”的支撑作用,要分析我国在不同转型目标及转型路径下,可以获得的环境与发展效果以及付出的代价。比如,我们制定的2030年和2050年能源转型目标及其路径,如何才能更优化?

这就需要用到能源转型的科学决策法。薛禹胜表示,我们一直在研究仿真模型平台,把经济模型、政策模型、物理模型、数学模型等放在一起,进行多领域交叉的复杂问题的建模与参数设置。

薛禹胜补充道:“能源转型离不开政策与参与者的行为。”他以电动汽车为例——目前对于电动汽车的研究都是建立在一个假设的前提下,即汽车停在充放电站时,电池就可以被服务商或者调度人员调用。这是一个脱离市场环境的假设。但现实因素是如何取得车主的认可、包括充放电之间的电量损失及电池寿命如何补偿等等。比如,用户临时改变行程出行,但发现电池电量不足的补偿问题。要解决这个问题,一定要充分考虑电动汽车发展的各个环节,包括购买、出行、充电和备用服务等不同场景下,人们的行为怎样参与博弈。

薛禹胜认为,必须要发挥电网对能源转型的主动支撑作用,将能源转型的研究置于社会、物理、经济、政策、行为等多种框架之中,通过混合仿真来帮助宏观决策,将基于主观经验的决策方法提升到更为科学的水平。

原标题:寻求电网适应新时代发展要求的更佳方案

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