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(shí)每刻都在發(fā)生改變，那么發(fā)電廠怎么才能控制好發(fā)電量呢？
理論上來說，電場(chǎng)的速度等同光速，因此發(fā)電廠發(fā)出的電力幾乎可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁骷腋鲬簦炔粫?huì)在線路中“擁堵”，也不會(huì)在發(fā)電廠里“堆放”?；蛘哒f，要想將電能存儲(chǔ)起來，需要將電流引導(dǎo)至特定的容器中，比如說電池；或轉(zhuǎn)換成另一種能源形式后再利用，比如抽水蓄能。但是，大規(guī)模電技術(shù)仍然沒有那么成熟，且造價(jià)高、存在損失，因此發(fā)電廠仍然需要實(shí)時(shí)控制發(fā)電量。
發(fā)電廠想要控制好發(fā)電量就需要先得知用電量，那么如何得知？答案是通過電網(wǎng)的自動(dòng)化技術(shù)。在電力系統(tǒng)中，有一種技術(shù)叫做自動(dòng)發(fā)電控制(Automatic generation control，AGC)系統(tǒng)，它可以通過測(cè)量電路中電流的頻率來判斷用電量，并自動(dòng)調(diào)節(jié)電廠多臺(tái)發(fā)電機(jī)功率的輸出，以響應(yīng)負(fù)荷變化的系統(tǒng)。
簡(jiǎn)單來說，當(dāng)用電量大于發(fā)電量，頻率就會(huì)降低，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器加速；反之發(fā)電量大于用電量，頻率則會(huì)升高，機(jī)器則會(huì)相應(yīng)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(wǎng)想象成水管，發(fā)電廠想象成水池，那么用水大于放水時(shí)，水管中的水流就會(huì)變“細(xì)”，水管檢測(cè)到這種變化，就可以通知水池多放點(diǎn)水，反之亦然。
發(fā)電廠 | Pixabay
不過，在提倡能源板塊立體化發(fā)展的今天，電力系統(tǒng)不光要面臨用戶端變化莫測(cè)的用電需求，還要面對(duì)復(fù)雜多變的能源供應(yīng)端。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，能源供應(yīng)端主要是火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠，其發(fā)電量相對(duì)容易控制。但現(xiàn)如今，風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電等各類新能源也逐漸發(fā)展壯大，給電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)。
比如風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電受天氣影響極大，發(fā)電量本身就不穩(wěn)定，各地區(qū)發(fā)展也不均衡，如果貿(mào)然并網(wǎng)，就會(huì)大大增加電網(wǎng)的控制難度，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)失控。但是，消耗不可再生能源的傳統(tǒng)火力發(fā)電廠明顯無法滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源可持續(xù)發(fā)展與環(huán)保的要求。因此，新能源發(fā)電的并網(wǎng)勢(shì)在必行。在這種背景下，智能電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。
智能電網(wǎng)丨Wikimedia Commons, Bartz/Stockmar / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
智能電網(wǎng)，也就是智能化的電網(wǎng)，又被稱為“電網(wǎng)2.0”。智能電網(wǎng)的智能化體現(xiàn)在升級(jí)、增設(shè)了各類智能化設(shè)施，使用了更為先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)，并由此解決了傳統(tǒng)電網(wǎng)覆蓋范圍小、輸電巡檢難、配電忙調(diào)、新能源難以并網(wǎng)等問題。
首先，智能電網(wǎng)系統(tǒng)用分布式供電系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的單一線路供電模式。所謂單一線路供電模式，是指一個(gè)發(fā)電站單獨(dú)供電給一個(gè)城市或一個(gè)區(qū)域。這樣的好處自然是布局簡(jiǎn)單，控制方便。但壞處也是顯而易見的，一旦發(fā)電站本身出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致所屬的區(qū)域大面積停電。不知道你是否還記得，我們小的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)整個(gè)片區(qū)的停電，尤其在夏季。而現(xiàn)在不管空調(diào)、電暖氣開的多猛，好像都已經(jīng)很久沒有遇到大規(guī)模停電的現(xiàn)象了。現(xiàn)代電網(wǎng)采用分布式供電系統(tǒng)功不可沒。
不同于傳統(tǒng)的一對(duì)一模式，分布式供電系統(tǒng)將多個(gè)發(fā)電廠與多個(gè)城市的供電進(jìn)行了智能匹配。而電網(wǎng)系統(tǒng)這種升級(jí)轉(zhuǎn)變，離不了各類的創(chuàng)新科技的加持，例如柔性交/直流輸電、網(wǎng)廠協(xié)調(diào)、智能調(diào)度、配電自動(dòng)化等，都為分布式供電系統(tǒng)提供了有力的保障。
智能電網(wǎng)還將把傳統(tǒng)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樘崆邦A(yù)知模式，以便更為高效的控制各類新能源發(fā)電廠的發(fā)電工作。
我們都知道，白天的用電量往往要高于夜間，因此發(fā)電廠白天的發(fā)電量也一般會(huì)高于夜間，部分地區(qū)的電價(jià)也因此變成了分時(shí)段計(jì)費(fèi)。然而這樣的預(yù)測(cè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠精確。例如：春節(jié)期間，各處張燈結(jié)彩，人們熬夜聚會(huì)游玩，那么夜間的用電量可能會(huì)高于白天。
要想實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)知用電量，就需要更多、更深入的去收集、了解、分析不同區(qū)域、不同用戶的用電習(xí)慣，以真實(shí)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，才能達(dá)到預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。
要想實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)知用電量，就要以真實(shí)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn) | Pixabay
為做到這一點(diǎn)，智能電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)在每一個(gè)用戶的節(jié)點(diǎn)上安裝智能傳感器，用以統(tǒng)計(jì)用戶的用電情況。用戶的用電數(shù)據(jù)隨之會(huì)與天氣、假期、發(fā)電廠維護(hù)等信息一同傳遞到云端平臺(tái)，然后智能電網(wǎng)中先進(jìn)的算法模型會(huì)對(duì)收集到的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推演，最后達(dá)到精準(zhǔn)判斷出未來用電量趨勢(shì)的結(jié)果，從而提前對(duì)發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)配。
智能電網(wǎng)還可以根據(jù)用戶習(xí)慣及供需之間的緊張程度，制定更為準(zhǔn)確合理的分段式計(jì)價(jià)規(guī)則，并及時(shí)告知用戶。用戶由此可以更為經(jīng)濟(jì)合理的滿足自己的用電需求，甚至可以利用自己的儲(chǔ)能設(shè)備在低價(jià)時(shí)儲(chǔ)電，高價(jià)時(shí)售電而獲取經(jīng)濟(jì)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(yīng)的模式就是智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高速雙向通信的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)發(fā)電“預(yù)言”的有力工具。
此外，智能電網(wǎng)也將先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)與設(shè)施納入了電力系統(tǒng)。比如“電轉(zhuǎn)氣”這樣具有大規(guī)模應(yīng)用潛力的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以將多余的發(fā)電轉(zhuǎn)化成氫氣或甲烷等清潔能源，實(shí)現(xiàn)與天然氣管網(wǎng)等系統(tǒng)的立體互聯(lián)。
電力工業(yè)是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)與命脈，智能電網(wǎng)系統(tǒng)則可以向社會(huì)輸入更為持續(xù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的電力資源，給未來復(fù)雜多變的市場(chǎng)發(fā)展提供更為堅(jiān)實(shí)的電力保障，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的節(jié)能減排，加快我們邁入數(shù)字經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)的時(shí)代進(jìn)程。
智能電網(wǎng)系統(tǒng)可以向社會(huì)輸入更為持續(xù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的電力資源 | Pixabay
雖然，在全世界范圍內(nèi)，智能電網(wǎng)的發(fā)展都還處于起步階段，但其所蘊(yùn)含的先進(jìn)理念與貼合時(shí)代發(fā)展的特性決定了它終將成功，也必須成功。我們相信，在不遠(yuǎn)的未來，智能電網(wǎng)可以做到不浪費(fèi)每一度電，不辜負(fù)每份期待。
