王成山院士：配電系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)中的新角色與高質(zhì)量發(fā)展路徑

中國(guó)工程院院士、天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院教授王成山表示，配電系統(tǒng)的重大變革需要一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，需全社會(huì)共同努力才能達(dá)成目標(biāo)。

在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，配電系統(tǒng)被賦予新的角色和使命，不僅要完成為用戶提供優(yōu)質(zhì)電能供應(yīng)的基本任務(wù)，還將承擔(dān)起大量分布式風(fēng)光可再生能源接入平臺(tái)、多元海量信息數(shù)據(jù)關(guān)鍵集成平臺(tái)，以及多利益主體參與的能源電力交易平臺(tái)等重要職責(zé)。

未來(lái)如何高質(zhì)量發(fā)展配電系統(tǒng)？配電系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn)是什么？我國(guó)配電系統(tǒng)還需完善哪些內(nèi)容？圍繞上述諸多問(wèn)題，《中國(guó)能源報(bào)》記者專(zhuān)訪了中國(guó)工程院院士、天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院教授王成山。

重要性前所未有

近年來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)的改革與發(fā)展受到了高度關(guān)注。2021年，國(guó)家正式提出“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的發(fā)展目標(biāo)。2022年，我國(guó)進(jìn)一步提出了“發(fā)展分布式智能電網(wǎng)”的重要方針。2023年，國(guó)家再次強(qiáng)調(diào)“加快構(gòu)建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)”的緊迫性。今年2月，又提出“推進(jìn)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造和智能微電網(wǎng)建設(shè)”的關(guān)鍵任務(wù)。這些都標(biāo)志著電力系統(tǒng)發(fā)展的重要性被提升至新高度。

這一系列舉措的背后，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型的堅(jiān)定追求。對(duì)于電力系統(tǒng)而言，主要體現(xiàn)在電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的變化。近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)光發(fā)電快速發(fā)展。三年前，我國(guó)提出到2030年風(fēng)光裝機(jī)達(dá)12億千瓦的目標(biāo)，今年7月底已提前實(shí)現(xiàn)。展望2030年，風(fēng)光裝機(jī)有望達(dá)到25億至30億千瓦，變化和發(fā)展速度遠(yuǎn)超預(yù)期，為電力系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、配電等環(huán)節(jié)構(gòu)成。其中，配電系統(tǒng)作為將電能安全高效地分配至千家萬(wàn)戶的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，涵蓋了特大型城市電網(wǎng)、農(nóng)村電網(wǎng)、微電網(wǎng)等多種形態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的停電事故源于配電系統(tǒng)故障，這使得配電系統(tǒng)的可靠性成為影響用戶體驗(yàn)的重要因素，因此受到了廣泛關(guān)注。

王成山認(rèn)為，“展望未來(lái)，無(wú)論是分布式可再生能源的發(fā)展，還是交通電氣化速度的加快，都離不開(kāi)配電系統(tǒng)的支撐。同時(shí)，人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)在配電系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊?！?/p>

王成山表示，我國(guó)配電系統(tǒng)配備了數(shù)億只智能電表，具備分鐘級(jí)的數(shù)據(jù)上傳能力。這些智能電表所采集的數(shù)據(jù)，與配電系統(tǒng)中各種采集終端數(shù)據(jù)相融合，構(gòu)成了龐大的數(shù)據(jù)集合。深度挖掘與分析這些數(shù)據(jù)，可為政府決策、配電系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)提供極具參考價(jià)值的信息。

發(fā)展呈現(xiàn)四大特征

談及未來(lái)配電系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn)，王成山認(rèn)為，配電系統(tǒng)將呈現(xiàn)四大特征：低碳化、分布化、去中心化和數(shù)字化。低碳化意味著大量可再生能源將接入配電系統(tǒng)，同時(shí)，配電系統(tǒng)將支撐高電氣化比例的終端用能，服務(wù)全社會(huì)能效的提升和用能低碳化。這不僅包括電能替代，如電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，也涉及配電系統(tǒng)在全社會(huì)綜合能效提升中的使命與擔(dān)當(dāng)。分布化和去中心化強(qiáng)調(diào)了配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、市場(chǎng)機(jī)制的改變，而數(shù)字化則是提升配電系統(tǒng)智能化水平和效率的重要手段，也是與配電系統(tǒng)相關(guān)的各種新業(yè)態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵。

王成山表示，在一些省份，分布式光伏系統(tǒng)數(shù)量動(dòng)輒達(dá)到數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)，這與傳統(tǒng)的火電廠單體容量大、數(shù)量少形成鮮明對(duì)比。由于電源的分布化特性，相應(yīng)的控制措施也需分布化，儲(chǔ)能配置同樣需要考慮分布化特點(diǎn)，而配電系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也需與之相適應(yīng)。未來(lái)，配電系統(tǒng)的運(yùn)行管理不可能完全依賴(lài)將所有信息上傳并下發(fā)指令來(lái)解決運(yùn)行控制問(wèn)題，這種做法效率低也難以實(shí)現(xiàn)，必須依靠就地化處理和分布式解決方案應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。

去中心化將是配電系統(tǒng)形態(tài)和機(jī)制的一項(xiàng)重大變革。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)由于無(wú)源或少源，電力從高壓到低壓?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng)，需要依賴(lài)上級(jí)電網(wǎng)統(tǒng)一管理和運(yùn)行。然而，未來(lái)的配電系統(tǒng)內(nèi)部將有大量分布式電源存在，同時(shí)還存在大量新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，一個(gè)區(qū)域或一個(gè)片區(qū)完全可以構(gòu)成自治力較強(qiáng)的局部配電系統(tǒng)，或者形成微電網(wǎng)。這意味著，這些局域網(wǎng)或微電網(wǎng)不必完全依賴(lài)于上級(jí)的統(tǒng)一管理和調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)去中心化，其目的就是盡可能實(shí)現(xiàn)分布式能源的就地消納，避免功率大量反送上級(jí)電網(wǎng)。隨著分布式電源數(shù)量和整體規(guī)模日益加大，這將成為解決相關(guān)問(wèn)題的重要手段。

“在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式上去中心化是必要的，同時(shí)在運(yùn)營(yíng)方式和市場(chǎng)機(jī)制上亦是如此?！蓖醭缮秸J(rèn)為，目前配電系統(tǒng)市場(chǎng)機(jī)制尚處于起步階段，隔墻售電和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易問(wèn)題都還處于討論階段。未來(lái)，隨著電力能源就近生產(chǎn)、就近交易和就地利用場(chǎng)景的增加，去中心化的市場(chǎng)模式有望能夠?qū)崿F(xiàn)。

王成山表示，數(shù)字化是當(dāng)前電力行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)。過(guò)去，配電系統(tǒng)技術(shù)水平較低，主要原因是信息無(wú)法有效上傳，導(dǎo)致一些先進(jìn)技術(shù)手段無(wú)法運(yùn)用。如今，隨著通信問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)性解決和大量智能電表等的部署，情況已有所不同?！拔覀兛梢栽谠信潆娤到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改造提升，構(gòu)建一個(gè)新型的配電系統(tǒng)架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上覆蓋一層信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳。這一變革涉及諸多技術(shù)問(wèn)題，如新型傳感器技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用等。”這些技術(shù)有望真正實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)資源的充分利用，真正做到供需互動(dòng)、車(chē)網(wǎng)互動(dòng)，為虛擬電廠等新業(yè)態(tài)的發(fā)展創(chuàng)造條件。

配電資產(chǎn)利用率需要提升

在王成山看來(lái)，未來(lái)配電系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大變化。其演變過(guò)程反映了配電系統(tǒng)服務(wù)社會(huì)目標(biāo)的發(fā)展過(guò)程。最初，只要能供電即可，對(duì)停電的容忍度較高。隨后，社會(huì)對(duì)供電的可靠性、高效性和優(yōu)質(zhì)性提出了更高要求。未來(lái)將強(qiáng)調(diào)智能、綠色以及可定制化的供電服務(wù)，用戶可根據(jù)自身需求選擇高可靠性的電力供應(yīng)或綠色能源。

“考慮未來(lái)負(fù)荷增長(zhǎng)時(shí)，面臨一個(gè)重要問(wèn)題：是加大投資，按傳統(tǒng)方式通過(guò)變壓器或線路增容等手段提升配電系統(tǒng)供電能力，還是加大力度挖掘現(xiàn)有配電系統(tǒng)的供電潛力?！蓖醭缮椒治觯瑢?shí)際上，現(xiàn)有配電系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率尚未得到充分發(fā)揮。主要原因有兩個(gè)：一是按照當(dāng)前的網(wǎng)架設(shè)計(jì)原則，必須為可能的故障留出備用，對(duì)于兩條10kV饋線手拉手聯(lián)絡(luò)方式，正常情況下每條饋線只能帶50%的負(fù)荷，以便一條饋線故障時(shí)能夠?qū)⑵渌鶐ж?fù)荷轉(zhuǎn)移到另一條饋線上，而承接負(fù)荷的饋線不會(huì)過(guò)負(fù)荷；二是配電系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)，無(wú)論是結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線截面還是變電站容量選擇，都是基于全年最大負(fù)荷來(lái)考慮的。然而，最大負(fù)荷占全年的時(shí)間可能不到5%，大部分時(shí)間的負(fù)荷遠(yuǎn)低于最大負(fù)荷值，這就造成平時(shí)配電資產(chǎn)的閑置。前者需要配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，重點(diǎn)加強(qiáng)饋線間的互聯(lián)互通。后者需要通過(guò)供需互動(dòng)等手段，有效降低最大負(fù)荷，這一點(diǎn)可通過(guò)電價(jià)機(jī)制引導(dǎo)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?！叭绻軐?0%的資產(chǎn)利用率提升到60%，配電系統(tǒng)的供電能力相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了翻番”。

配電系統(tǒng)是重資產(chǎn)型重大基礎(chǔ)設(shè)施，過(guò)去二十余年，我國(guó)每年投入配電系統(tǒng)建設(shè)的資金數(shù)以千億計(jì)，這使得我國(guó)配電系統(tǒng)的設(shè)備水平和供電可靠性都有了大幅提升。但相較于輸電系統(tǒng)，由于配電系統(tǒng)設(shè)備類(lèi)型多、數(shù)量大、涉及千家萬(wàn)戶，技術(shù)水平尚有很大提升空間。特別是在我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的大背景下，按照傳統(tǒng)的投資方式建設(shè)配電系統(tǒng)很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，從建設(shè)、運(yùn)行到市場(chǎng)機(jī)制等實(shí)行重大變革，才能構(gòu)建起新型配電系統(tǒng)，滿足實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的需要。必須指出的是，配電系統(tǒng)的重大變革需要一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，需全社會(huì)共同努力才能達(dá)成目標(biāo)。