颶風(fēng)Ida造成美國路易斯安那州的配電設(shè)施損壞。圖片來源:abcnews.go.com
2016年2月,美國電力科學(xué)研究院EPRI總結(jié)了電力系統(tǒng)在新形勢下需要應(yīng)對(duì)的三個(gè)挑戰(zhàn),即:彈性、靈活性和聯(lián)通性。最近國內(nèi)有提出「韌性電網(wǎng)」的概念,認(rèn)為在狹義上韌性=彈性,廣義上韌性又增加了感知力、協(xié)同力和學(xué)習(xí)力。
盡管概念上層出不窮,甚至英文翻譯上“韌性”仍然使用了resilience, resiliency等詞匯,但我們還是要區(qū)分一下彈性和韌性的不同。
最本質(zhì)的一點(diǎn)是:“彈性”講的是快速恢復(fù)的能力。中文當(dāng)中“韌性”則是指“通過形變達(dá)到不損壞的目的”。在電力系統(tǒng)中,通過感知、協(xié)同等增強(qiáng)“韌性”是對(duì)系統(tǒng)的強(qiáng)化,這一點(diǎn)大家都會(huì)認(rèn)同。但是,對(duì)具體的電網(wǎng)需求來講,彈性更明確,即:快速恢復(fù)。彈性的概念應(yīng)該包含對(duì)系統(tǒng)的強(qiáng)化,而不是相反。
電力系統(tǒng)為了應(yīng)對(duì)可能的災(zāi)害,使用很多預(yù)防措施,在發(fā)生緊急狀況下能夠幫助系統(tǒng)快速恢復(fù)。其措施包括在發(fā)電側(cè),構(gòu)建可快速恢復(fù)的燃料供應(yīng)體系(存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)龋┮约半娋W(wǎng)互聯(lián)(多路徑、多回路);在輸電領(lǐng)域,建立智能調(diào)度、智能電網(wǎng)以及大規(guī)模儲(chǔ)能;在配用電側(cè),采用分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能等措施,可以保證在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)快速恢復(fù)。
國內(nèi)對(duì)于構(gòu)建彈性電網(wǎng)也有非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同樣是應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)和熱帶風(fēng)暴,沿海的某些島嶼供電會(huì)采用預(yù)防性停電措施(PSPS),防止積水造成觸電或設(shè)備損壞;目前在建的一些綜合能源項(xiàng)目,通過增加分布式發(fā)電和儲(chǔ)能,不僅優(yōu)化了電力消費(fèi),同時(shí)在系統(tǒng)故障期間提供了自我供電保障;國網(wǎng)四川則在配電側(cè)通過主動(dòng)停電預(yù)防山火。
我們還是希望能夠簡化一些概念,使得這些概念成體系又確切為好。以下內(nèi)容摘自美國電科院發(fā)布的《電力系統(tǒng)彈性:機(jī)遇與挑戰(zhàn)》白皮書,供參考。
電力系統(tǒng)彈性:挑戰(zhàn)與機(jī)遇
今天電力工業(yè)受到天然氣價(jià)格、負(fù)荷增長、能源政策以及分布式發(fā)電滲透和需求響應(yīng)等因素的廣泛影響,美國電力科學(xué)研究院(EPRI) 及其成員確定當(dāng)前的電力系統(tǒng)需要更多的「彈性」、「靈活性」和「廣泛互聯(lián)」。[這三者構(gòu)成了新型電力系統(tǒng)的基石。]
在“無悔”策略下,電力系統(tǒng)的三個(gè)屬性。The Three Attributes of the Power System in a “No Regrets” Strategy. 來源:EPRI
在電力系統(tǒng)中,「彈性」是指通過強(qiáng)化電力系統(tǒng)以抵御“會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果”但“發(fā)生頻率較低”的事件,并從中快速恢復(fù)的能力。最近的極端天氣事件——包括美國的卡特里娜颶風(fēng)和桑迪颶風(fēng)以及日本的東北地震和海嘯——已經(jīng)證明了“恢復(fù)能力”的必要性。其他對(duì)「彈性」構(gòu)成威脅的高影響、低頻“自然”事件包括龍卷風(fēng)、野火和嚴(yán)重的地磁擾動(dòng) (GMD)。歷史上,極端天氣始終伴隨著電力系統(tǒng),直到最近人們才對(duì)增強(qiáng)「彈性」的必要性有了更充分的認(rèn)識(shí)。
過去十年中,電力系統(tǒng)中所發(fā)生的一些事件和表現(xiàn)出的趨勢(發(fā)展迅速和影響廣泛)塑造了增強(qiáng)「彈性」的需求。2013 年發(fā)生的西海岸變電站高壓變壓器的人為破壞行為將[公用事業(yè)的]注意力集中在增強(qiáng)物理安全性和「彈性」的必要性上。在電網(wǎng)中廣泛部署的通信設(shè)備引發(fā)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊的擔(dān)憂,而潛在的網(wǎng)絡(luò)和/或物理攻擊協(xié)同也日益受到關(guān)注。如果系統(tǒng)發(fā)生諸如天然氣管道基礎(chǔ)設(shè)施破壞等嚴(yán)重后果事件,對(duì)目前依賴天然氣發(fā)電的電網(wǎng)就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同樣,最近日益增長的風(fēng)能和太陽能發(fā)電可能會(huì)造成在其他嚴(yán)重事件的干擾下,使得電網(wǎng)的表現(xiàn)更為脆弱。
電力系統(tǒng)服務(wù)中斷將對(duì)社區(qū)造成巨大影響,無論是住宅、小型企業(yè)還是大型公司。全社會(huì)的數(shù)字化(例如,智能手機(jī)、平板電腦和社交網(wǎng)絡(luò))增加了消費(fèi)者對(duì)電力的依賴,降低了客戶對(duì)停電,即使是短暫停電的容忍度,增加了公用事業(yè)公司提高電力系統(tǒng)「彈性」的壓力。