能源系统独立运行的局限性问题优化

1.智能电网独立运行的局限性

进入21世纪后，各国纷纷提出对智能电网的设想和框架。我国对智能电网的定义是以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。因此，智能电网在技术上包含信息化、数字化、自动化和互动化这4个特征。其中，信息化是指实时和非实时信息的高度集成、共享和利用；数字化是指电网对象、结构及状态的定量描述和各类信息的精确高效采集与传输；自动化是指电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复等；互动化是指电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行。智能电网能有效提高能源利用效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗。

但是，现今的智能电网仍存在很多局限和不足：

1）电力系统中缺乏统一的信息标准，存在重复建设；信息孤岛众多，集成度低；注重设备的自动控制，忽视了信息的整理和挖掘。

2）智能电网的物理实体仍是电力系统，因此无法克服电力系统本身不能大规模储能的问题。

3）依赖电网本身的调节能力，对太阳能、风能等新能源的消纳仍存在限制。

4）在智能电网中，能量只能以电能形式传输和利用，调节方式较为单一，峰谷调节能力差。

2.能源网独立运行的局限性

能源网，本书主要指除电网外的其他能源传输网络，主要为天然气网、供冷/热网、氢能源网。不同能源网的规模和特性如下：

天然气网是一个集储、运、控、管等设备为一体的庞大复杂的流体传输系统，天然气网是全国联网型，通过长距离输送系统进行区域/城市之间联网；通过城市燃气输配系统向用户提供燃气功能。由于天然气具有极强的可压缩性，因此天然气网具有较大的储能空间。在我国，天然气网规模庞大，总里程超过60万km，横跨东西，覆盖全国，管网沿线地质地貌、自然气候、人文环境复杂，是全世界最复杂的管网系统之一。

供热网是将热源与热用户连接起来，并将热源产生的热量通过管道工质（一般为热水或蒸汽，目前在我国最常用的是热水管网）输送到热用户。供热网一般分为一次管网和二次管网两级，中间以换热站连接。一次管网与二次管网均包含供水管和回水管。热源生产的热量通过一级换热站进入一次管网，将热量合理分配到各个二级换热站。再经过二次管网，将热量送达热用户，同时，冷却后的工质进入回水管形成循环。供冷网与供热网类似，是连接区域集中制冷站与用户的桥梁，传输介质主要为冷冻水。(www.xing528.com)

氢能源网与天然气网类似，只是其传输的介质不同，分为液态氢和气态氢进行传输，目前氢能源还处于发展阶段，还未形成具规模的能源传输网络，但氢能源作为清洁能源，未来发展前景广阔。

3.多元能源网融合的驱动力

电、气、冷/热、氢等作为用户主要的消费能源，需经过传输网络将能源生产端与用户端相连，综合前述，智能电网与不同能源网的特性对比见表1-1。

表1-1 智能电网与不同能源网的特性对比

表1-1描述了不同能源网络的特性，在未来新能源消纳需求、能源综合利用效率提升以及能源市场化进程加快的过程中，可以看出：

1）未来新能源发展迅速，依赖电网本身的调节能力，对太阳能、风能等新能源的消纳仍存在限制，尽管储能技术的发展为解决新能源消纳带来了新的途径，但其高昂的成本仍是限制其应用的重要因素。倘若能借助天然气网、供冷/热网、氢能源网等具有大规模储能优势的能源网，利用能源转换技术实现互补，将突破电网自身的局限，使得新能源的消纳手段大大增加。

2）天然气网、冷/热气网、氢能源网存在的调峰问题、智能电网的峰谷差调节问题，其本身均是其能源网络运行的局限性。若能协调统一调度，通过能量转移、信息引导，促进削峰填谷（如借助建设能源站进行能量互补等），将不同能源网络联合运作起来，提高能源控制裕度，则可有效提高能源综合利用效率。

3）当前电力市场改革步伐加快，但能源不仅仅是电力问题，若能源市场化只是不同能源供应商采取各自为政的策略，则无法调动积极性，促进不同能源之间在技术之间的优势互补。因此，市场化的过程应该是建立多能源市场，以经济去引导能源系统的建设，促进智能电网与能源网的融合，推进技术层面的变革。

综上所述，智能电网与能源网之间交互技术的发展使智能电网与能源网物理融合成为可能。如何综合考虑不同能源网络的规模程度与传输效率，进行协调配合与优势互补，突破自身运作的局限性，既是智能电网与能源网融合的目标，也是两者融合的驱动力所在。