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深入解读ABB智能电网观

发布时间:2019-07-21 11:03:15

深入解读ABB智能电观

ABB在智能电建设的大潮中迎来了发展的明媚春天。持续的高强度创新是ABB长期雄踞世界电力技术领导地位的根本原因,就是在面临2002年这样极为困难的时期对研发的投入也非常可观,ABB每年都有超过1000项的专利技术问世。作为全球的电技术和设备供应商,ABB在过去的100多年里凭借一系列突破性和演进性创新引领着电技术的发展,1891年推出全球个高压交流输电系统,1893年推出套三相输电系统,1932年推出全球台自冷式变压器,1954年率先发明高压直流(HVDC)输电技术,2005年推出轻型高压直流输电技术,2006年建成的世界增效节能的特高压试验中心开创特高压时代的新纪元。持续巨额的研发投入和出色的创新能力使ABB有能力帮助全球电客户在激烈的竞争中获得明显的优势,ABB电技术成为全球用户的,北美地区60%以上的电设备由ABB提供。创新是ABB发展的基石和命脉,而智能电将是人类在电能开发和应用技术上的一次重大创新,ABB有义务也有能力担负这次技术创新的主力军,同时也是ABB进一步提升自己实力和竞争力的重大机遇。在这个重要时刻,ABB相关高层对此发表了自己的看法。

巧干智能电

作为ABB首席技术官,唐维诗博士于1999年加入ABB并出任研究中心执行董事,从2005至今一直担任ABB首席技术官,负责公司的技术创新。对于智能电的发展唐维诗发表了自己的看法。

ABB首席技术官唐维诗博士

唐维诗指出,现代经济的运行模式告诉人们,工作“要巧干,而不要苦干”。花一点时间和精力分析工作方式,比只增加工作强度而不改变方式的效果更好。个人情况如此,大型系统也同样如此。目前输配电的变化方式,也同样面临如何地应对这些变化的问题。让现有基础设施“苦干”吗(在接近极限的工况下工作,用户面临故障和断电增加的风险)?还是采用“更智能的电”作为更好的解决方案呢?

电有别于其他人造服务不仅在于其广泛的覆盖性(无线通信可能除外),而且还在于极高的可获得性,电力的供应必须紧随客户需求。电的功能正经历一场根本性的变革。未来的电通常是指“智能电”。实现这一变革的关键技术得益于电力电子和自动化领域所取得的进步。未来电中,发电和用电之间不再是单向关系,而是在能源储存或供应设备的帮助下实现了双向互动,从而确保发电和输电基础设施更符合生态要求,更具经济效益。

由于电能总消费日益增加,加之市场自由化和可再生能源比重上升,电压力进一步增加。风能和太阳能从本质上说具有间歇性和不可预测性的特点。此外,可再生能源大多位于电设施薄弱的偏远地区。因此,有必要重新评估用户的作用和配电的任务:那些拥有自己本地电厂的用户正变成“主动型用户”。从前的配电就变成收集分布式能源的接收电。

当用电量发生变化,如果采用以往的“苦干”方法,就得增加备用的周转机组。这不仅成本很大,而且也部分抵消了可再生能源发电的环保效益。“巧干”则以更为全面的观点看待输电系统。传统电的控制系统假定需求方是“特定的”。而智能电则鼓励用户改进用电模式以适应电状况。

控制系统做出决策的能力取决于对系统状态及时准确的了解。电关键位置上安装传感器有助于获得数据。虽然传感器的安装数量不断增加,但令人惊讶的是,仅从现有设备就可以获得很多数据。因此,除进一步增加传感器之外,智能电还必须解决通信问题,以便分享这些数据,甚至包括控制节点。

对于发电来说,轻型高压直流技术可用于连接风电场,同时通过控制无功功率提高电稳定性。开创性的储能技术也已问世,以应对短期的电力需求变化。对于运行和控制来说,如果设备没有达到预期效果,那么的控制系统也不会有多大用处。谈到家庭应用时,智能仪表帮助居民及时了解家庭用电情况,也有助于计费模式的调整,以鼓励居民减少尖峰负荷期间的用电量。直观的控制系统也有助于家庭用户节约能源。

智能电力创造可持续发展

近,ABB执行副总裁、执行委员会成员兼营营销与客户解决方案负责人柯睿思和ABB智能电业务负责人Bazmi Husain联合撰文,阐述了对未来电力系统,也就是智能电的看法。

ABB执行副总裁、执行委员会成员兼营营销与客户解决方案负责人柯睿思

在名为“智能电力”的文章中,作者指出,电是全世界通用的能源形式。100多年前,人们就已经设计和制造出发电、输电、配电和用电所必需的基础设施,从一开始,ABB就始终处于电力基础设施技术的创新前沿。今天,任何工业应用或居民生活几乎都离不开电力。在世界各地,电力比任何其他能源的需求增长都更为迅速。同时,经济数字化程度的提高对电力供应的可靠性提出更高的要求,因为即使瞬间的断电也会造成巨大经济损失。

今天,发电、输电和用电的方式均不够高效。由于效率低下,从一次能源到有效电力消费的整个能源链中,损失了大约80%的能源。为了应对挑战,人类需要新的基于电力价值链的解决方案:发电量必须增加,但同时必须减少温室气体排放,输电、配电和用电必须更加高效。

为了实现日益增加的可再生能源的并,同时显着提高能源价值链的效率,需要大幅调整整个电力系统及其结构形式和运行方式。这种未来的系统就是“智能电”。智能电的设计必须满足全球社会的四大要求:容量、可靠性、效率、可持续性。

据国际能源署预测,未来20年,全世界每周将要增加一座1 GW的电厂和相关电设施,未来的电力系统必须以经济的方法应对这种容量的增加。

输电量越大,系统运行就越接近稳定的极限,但停电或甚至较小的扰动事故也越来越难以令人接受,电力系统的可靠性始终是工程技术人员关注的重点,在过去几十年取得了很大的进步,但断电的风险依然存在。更加可靠的电力供应不仅有助于经济发展,提高生活质量,而且也对气候变化有着积极影响。如果电力系统能安全地处理和稳定电扰动,则系统将要求较少的备用电厂,也就意味着更低的排放。

国际能源署预测,未来20年,增效节能将能更好地遏制二氧化碳排放,其效果超过所有其它减排方案的总和。令人难以置信的是,企业不愿意在增效节能方面进行投资。增效节能的投资一般在两年内即可通过节约下来的能源开支收回成本,商业机构往往不会放过这种快速回报的投资机会。其中一个主要障碍是许多家庭、企业、公共机构缺乏对增效节能设备的了解,再加上其它各种可选方案,用户更加困惑不解。目前,缺乏有效的激励机制。

采用太阳能、风能、潮汐或地热能发电,无疑是避免二氧化碳排放的有效方法。人们希望,随着技术的改进、转换效率的提高以及生产成本的下降,这些能源对未来能源的贡献将会增加。间歇式风力发电是电稳定的另一大挑战,需要增加额外储备。连接遥远的海上风电场的风电,也需要相应的技术。能源储存将终帮助克服间歇性的供电问题,高压直流电缆技术则是跨海输电的办法。

终的影响来自终用户,取决于其希望消耗能源的数量和方式。按照现在的能源成本和高、低电价,鼓励节约能源或在低电价时段用电的作用有限。现在的技术可以让用户清晰地了解任一时刻的实时用电情况及其相应的电费。这对了解发电厂与用户之间的需求响应关系,减少所需备用电力作用重大。

ABB拥有完整的产品、系统和服务组合,可进一步提升和发展电力系统。广域控制系统、柔性交流输电系统、变电站控制、高压直流系统、电缆连接、配电控制和低压系统等解决电问题。传动系统、高效装置和过程控制技术的广泛应用,则有助于增加工业和商业用电的效率。楼宇自动化和控制是ABB服务的另一个具有节能潜力的领域。ABB仪表和促进需求响应互动的连接通信技术,以及能源市场运营软件,也已经广泛用于全世界许多地方。

领跑智能电技术创新与应用

在柯睿思、唐维诗和Bazmi Husain等ABB管理层来看,ABB在新时期的一个重大使命将是致力于智能电的发展,为可持续发展的世界提供智能高效的电力。智能电将采用现有技术和新技术进行构建,是现有技术和新技术协同发展的产物。作为拥有百年电技术的企业,ABB范围广泛的产品和系统将用于构建和管理智能电。其实早在智能电这个术语出现前很久,ABB就处于智能电技术开发的前沿。

ABB智能电业务负责人Bazmi Husain

ABB 广域监测系统 (WAMS) 在电力络重要部位实时采集电状态信息。准确的时间标记由 GPS 卫星提供。它结合相量数据,强化络分析,检测任何不稳定现象。2003 年,美国麻省理工学院 (MIT) 将 WAMS 技术确定为改变世界的十大技术之一。

数据采集和控制系统 (SCADA)监测和管理国家和区域电远程终端上成千上万个测量点。它们可以建立络模型、模拟电运行、检测故障、制定停电问题解决预案以及参与能源交易市场等。ABB 在全球提供了5000多套SCADA系统,多于其他任何供应商。ABB 制造的世界上的SCADA系统安装在印度的卡纳塔克邦。该系统包括830个变电站,为1600万人提供电力。该系统可提高运行效率50%,减少“客户时间损失”70%。

FACTS 设备可以补偿线路电感,实现电力传输 (串联补偿),并可控制电力流动。世界上的静态无功补偿装置 (SVC) 由 ABB 提供,服务于美国的阿勒格尼电力公司。ABB在全球安装了700多套SVC,占全球50%以上的份额。

高压直流输电系统(HVDC)先把电厂发出的电力从交流转换成直流进行传输,然后再转回交流供用户使用。以不同频率 (50或60 Hz) 运行的电因此可以相互连接,而部分电出现不稳定状态时,也可以进行隔离。在复杂地域 (如海底) 输电和低损耗远距离输电方面,HVDC 技术是理想的选择。在HVDC技术方面,ABB拥有50多年的丰富经验,被公认为该领域的市场和技术。

变电站自动化系统是ABB智能电产品系列中的关键部分,可以执行数据采集、远程通信、监测控制、保护和故障评估等工作。ABB的变电站自动化系统满足IEC61850通信标准的要求,可确保与同类产品的互操作性。ABB已销售700多套系统,并在莫斯科安装了世界上的变电站自动化系统。

优化电机驱动系统是企业节能潜力的一项措施。仅传动系统一项就可节约3%左右的能源。ABB在全球安装的传动每年可减少排放1.7亿吨二氧化碳,相当于德国总排放量的20%。在过程控制中使用现有ABB技术,可实现节能30%左右。

ABB为水电、风电和太阳能发电提供电厂控制设备,同时为绿色能源并发电专门提供远距离连接技术。这种自动化系统和相关电气设备已交付给欧洲首座 100 MW 大型太阳能电厂——西班牙昂达索尔 (Andasol)。在阿尔及利亚,世界首座综合太阳能联合循环电厂 (175 MW) 的成套电厂控制设备也由 ABB 提供。另外在西班牙,ABB 以创记录的时间以交钥匙方式建造了一座1MW太阳能集热厂(80%效能比)。ABB已经将230GW的可再生能源并入电。

ABB是风电产业的电气设备与服务供应商。ABB为风力发电和海底与陆地电连接提供成套电气系统。轻型高压直流 (HVDC Light ?) 以及无油电缆和结构紧凑的换流站使Borkum海上风电场与德国国家电相连,该风电场位于距离陆地125公里的海上,额定功率400MW,是世界上的风电场之一。

对电力公司而言,平衡电力是一个重大问题,特别当大量间歇式风电和太阳能电力并,这个问题就显得尤为关键。电能的大量储存有助于弥补系统出现的任何不平衡,减少高成本运转所需备用容量的需求。配备直流—交流变流器的电池系统是解决这个问题的一个途径。ABB提供的世界上的电池蓄能系统(BESS)安装在阿拉斯加的费尔班克斯。该设施可在15分钟内提供26MW电力,在出现断电事故时,可给电力公司足够的时间将备用发电机投入使用。

FACTS设备通过控制线路电抗或注入无功功率,调节电中的电力流动和电压,使其传输容量化。通过整合电池储存系统与FACTS,就可根据需要迅速注入或提取有功功率。另外还能提供电力平衡、尖峰电力支持以及电压和电力质量控制。ABB提供的这种解决方案将于2010年投入运行。将来的系统将在MW级水平上运行。

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: 江晓蓓

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