PJM：智能電網(wǎng)供電很可靠，能幫我們忘了美加大停電噩夢(mèng)

 編者按

    “供電可靠性是電力系統(tǒng)的生命線，而智能電網(wǎng)的運(yùn)用將大大提升供電可靠性。”為美國(guó)東部5100萬(wàn)人口提供電力服務(wù)的PJM電網(wǎng)副總裁卡爾·費(fèi)曼對(duì)早報(bào)記者說(shuō)。

    想普及智能電網(wǎng)，比起天花亂墜的說(shuō)辭，這是最樸實(shí)、最具說(shuō)服力的解釋。

    傳統(tǒng)電網(wǎng)的不可靠性對(duì)美國(guó)人而言，有深刻的體會(huì)——2003年發(fā)生了美加大面積停電事故，美國(guó)和加拿大受影響的總?cè)丝谶_(dá)到5000萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)損失至少60億美元。

    因此，美國(guó)人拓展智能電網(wǎng)的腳步一刻不停，賓夕法尼亞州早在2008年11月14日就立法規(guī)定所有的新建筑必須安裝智能電表，并在未來(lái)15年內(nèi)達(dá)到全州普及的目標(biāo)……

    繼專(zhuān)訪了美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)的幾位關(guān)鍵人物之后，記者近日又專(zhuān)程探營(yíng)美國(guó)智能電網(wǎng)先行者PECO能源公司，以及PJM電網(wǎng)，對(duì)美國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀有了一個(gè)更為具象的了解。

    PJM電網(wǎng)的媒體公關(guān)經(jīng)理雷·多特（Ray Dotter）對(duì)2003年美加大面積停電事故至今記憶猶新。

    2003年8月14日下午4點(diǎn)13分，美國(guó)東部和加拿大聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了北美歷史上最大范圍的停電，事故波及美國(guó)的密西根州、紐約州、新澤西州、馬薩諸塞州等8個(gè)州以及加拿大的安大略、魁北克省，受影響的總?cè)丝谶_(dá)到5000萬(wàn)。美國(guó)能源部估計(jì)這次大停電造成至少60億美元的經(jīng)濟(jì)損失。

    “半個(gè)小時(shí)之內(nèi)我們的停車(chē)場(chǎng)就停滿(mǎn)了全美各大電視網(wǎng)的采訪車(chē)，隨后全世界各地的記者擠爆了我們最大的演講廳。”多特笑著說(shuō)現(xiàn)在去看視頻，畫(huà)面不時(shí)會(huì)閃現(xiàn)他疲憊的背影，他還能體會(huì)到當(dāng)時(shí)焦頭爛額的情形。媒體和公眾都想知道到底發(fā)生了什么？

    扮演航管員的角色

    “我們這個(gè)行業(yè)媒體曝光率一直很高。發(fā)生停電事故，大家第一時(shí)間向我們追問(wèn)原因。電價(jià)不斷攀升，我們作為替罪羊被推到了第一線?，F(xiàn)在智能電網(wǎng)是熱門(mén)話題，我們當(dāng)然也免不了再次成為焦點(diǎn)。”PJM電網(wǎng)的副總裁卡爾·費(fèi)曼（Karl Pfirrmann）表示公眾對(duì)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)作缺乏了解，而認(rèn)識(shí)電網(wǎng)的運(yùn)作過(guò)程是理解智能電網(wǎng)的前提條件。

    PJM最早成立于1927年，當(dāng)時(shí)由賓夕法尼亞州（Pennsylvania）、新澤西州（New Jersey）和馬里蘭州（Maryland）3家電力公司組成了世界上第一個(gè)區(qū)域電力聯(lián)營(yíng)組織，其名稱(chēng)即由三州的首字母組成。

    美國(guó)聯(lián)邦能源管制委員會(huì)（FERC）于2000年頒布了2000號(hào)法令，提出建立區(qū)域輸電組織（RTO），旨在跨州范圍內(nèi)，建立獨(dú)立、完整的輸電運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，以促進(jìn)電能的合理流動(dòng)和資源的優(yōu)化配置，同時(shí)為電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)實(shí)行有效監(jiān)督。

　　PJM電網(wǎng)目前是北美最大的區(qū)域輸電組織，調(diào)度美國(guó)最復(fù)雜的電力控制區(qū)，為東部地區(qū)13個(gè)州及首都華盛頓特區(qū)總計(jì)5100萬(wàn)人口提供電力服務(wù)。PJM控制著包括美國(guó)東部26%的發(fā)電機(jī)組（1.65億千瓦）、23%的用電負(fù)荷和19%的輸配電資產(chǎn)（輸電線路長(zhǎng)度9.02萬(wàn)公里），覆蓋區(qū)域內(nèi)的GDP占全美國(guó)GDP的19%。

　　“PJM的電力市場(chǎng)目前擁有550個(gè)成員單位，涵蓋了發(fā)電廠業(yè)主、輸電業(yè)主、供電商、配電商和終端用戶(hù)等，這些成員單位是發(fā)電廠和輸電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際擁有者，而我們扮演著類(lèi)似于航管員的角色。”費(fèi)曼作了一個(gè)很形象的比喻。在PJM電網(wǎng)中，輸電網(wǎng)絡(luò)屬功能性分享，即原來(lái)的輸電網(wǎng)絡(luò)所有權(quán)沒(méi)有變更，只是將輸電經(jīng)營(yíng)權(quán)移交給PJM，而輸電網(wǎng)所有者作為市場(chǎng)成員參與到PJM市場(chǎng)中。

    在PJM電網(wǎng)中，燃煤發(fā)電裝機(jī)容量為6600萬(wàn)千瓦，約占40%；水力發(fā)電為769萬(wàn)千瓦，約占5%；燃油發(fā)電760萬(wàn)千瓦，約占4%；核電3100萬(wàn)千瓦，約占19%；天然氣發(fā)電4600萬(wàn)千瓦，約占28%。“在未來(lái)的能源組合中，我最看好風(fēng)能資源。雖然興建新的核電廠頗受爭(zhēng)議，但在我們看來(lái)核能依舊是很好電力資源。”費(fèi)曼說(shuō)。

    PJM對(duì)其控制區(qū)中所有發(fā)輸電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)行調(diào)度及相關(guān)規(guī)劃管理，其中包括對(duì)電廠和輸電網(wǎng)絡(luò)的位置和建設(shè)給予參考意見(jiàn)。“我知道中國(guó)目前在超高壓輸電線方面的技術(shù)世界領(lǐng)先。超高壓輸電線非常適合超長(zhǎng)距離的電力運(yùn)輸。美國(guó)一般采用高壓輸電線路，由于很少建設(shè)超長(zhǎng)輸電網(wǎng)絡(luò)。”費(fèi)曼舉例說(shuō)，有個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃把北達(dá)科他州風(fēng)能發(fā)電站發(fā)的電通過(guò)高壓輸電網(wǎng)輸送到新澤西州，反對(duì)的意見(jiàn)認(rèn)為與其那么從老遠(yuǎn)輸送過(guò)來(lái)，還不如直接在大西洋上建設(shè)離岸風(fēng)能發(fā)電站。

    增強(qiáng)供電可靠性

    根據(jù)美加電力系統(tǒng)停電事故分析專(zhuān)家小組2004年4月公布的調(diào)查結(jié)果，2003年美加大面積停電事故的直接原因是由于俄亥俄州的一家電力公司沒(méi)有及時(shí)修剪樹(shù)木，導(dǎo)致在用電高峰期，高壓電纜下垂，觸到樹(shù)枝而短路。短路的電纜造成這家發(fā)電廠以其輸電線跳閘，最終在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中觸發(fā)多米諾骨牌效應(yīng)。

    “供電可靠性是我們電力系統(tǒng)的生命線。這次事故實(shí)際暴露了電網(wǎng)中缺乏同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、事故預(yù)警和自動(dòng)調(diào)節(jié)的裝置。”費(fèi)曼說(shuō)：“智能電網(wǎng)科技在電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的運(yùn)用將能大大提升供電可靠性。”

    1968年美國(guó)首次成立電力可靠性協(xié)會(huì)，1981年由于加拿大和墨西哥的加入，改名為北美電力可靠性協(xié)會(huì)。協(xié)會(huì)下設(shè)11個(gè)地區(qū)性安全協(xié)調(diào)委員會(huì)，PJM是其中之一，其主要任務(wù)是協(xié)調(diào)各電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，組織典型事故調(diào)查，進(jìn)行電網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)分析。

    “目前PJM管轄系統(tǒng)中共安裝了15個(gè)相量測(cè)量工具（Phasor Measurement Units），是北美電力可靠性協(xié)會(huì)相量測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分。”費(fèi)曼說(shuō)。

    相比目前在電力行業(yè)中廣泛使用的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA），相量測(cè)量系統(tǒng)勝在速度。SCADA的數(shù)據(jù)采集與測(cè)量頻率大約是每4秒一次，而在GPS高精度的原子時(shí)鐘同步控制下，相量測(cè)量工具可以1秒30次的頻率測(cè)量電網(wǎng)的電壓和電流。

    根據(jù)“北美實(shí)時(shí)相量測(cè)量倡議”，北美電力系統(tǒng)中的100個(gè)樞紐點(diǎn)安裝了相量測(cè)量工具。測(cè)量的相量數(shù)據(jù)會(huì)被傳送到田納西流域管理局（TVA）的相量測(cè)量數(shù)據(jù)中心，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

    PHEV參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻

    PJM掌管著全球最大的競(jìng)爭(zhēng)性躉售（批發(fā)）電力市場(chǎng)，擁有多個(gè)互為補(bǔ)充、互相協(xié)調(diào)的市場(chǎng)，包括日前市場(chǎng)、實(shí)時(shí)市場(chǎng)、期貨市場(chǎng)、零售市場(chǎng)、財(cái)務(wù)輸電權(quán)市場(chǎng)、容量信用市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)。其中輔助服務(wù)市場(chǎng)主要包括電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻。每天電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段需要有足夠容量的電廠來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷變化。頻率的變化也反映負(fù)荷的變化，同時(shí)也必須通過(guò)調(diào)整頻率保證滿(mǎn)足系統(tǒng)功率和負(fù)荷平衡。

    目前“車(chē)輛到電網(wǎng)”（vehicle to grid，簡(jiǎn)稱(chēng)：V2G）的概念方興未艾。V2G描述了即插式混合動(dòng)力車(chē)（PHEV）與電網(wǎng)的關(guān)系。PHEV的車(chē)載電池可以作為一個(gè)分布式儲(chǔ)能單元，當(dāng)車(chē)載電池需要充電，電流由電網(wǎng)流向車(chē)輛，當(dāng)汽車(chē)不使用時(shí)，車(chē)載電池的電能可以銷(xiāo)售給電網(wǎng)的系統(tǒng)。理想中的V2G平臺(tái)在高峰時(shí)段放電，以替代效率較低的調(diào)峰電廠，而在非高峰時(shí)段則自動(dòng)充電。

    “在負(fù)荷高峰時(shí)段，我們的系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向電廠發(fā)出調(diào)峰調(diào)頻信號(hào)，一般的火力電廠在接到信號(hào)后，需要一定的啟動(dòng)時(shí)間，而高性能電池則能在數(shù)秒內(nèi)釋放電量。”PHEV所攜帶的高性能電池具有清潔、高效、環(huán)保等特質(zhì)，PJM的系統(tǒng)操作主管弗蘭克·可扎（Frank Koza）非?？春肞HEV取代傳統(tǒng)的火力電廠為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)。

    顯然一輛PHEV的電池功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的需要，但是通過(guò)智能化電網(wǎng)平臺(tái)，分散的資源可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。“這個(gè)并不是技術(shù)難點(diǎn)，很多網(wǎng)絡(luò)或者科技公司都可以提供解決方案，比如車(chē)主自愿地聯(lián)合起來(lái)參加由第三方搭建平臺(tái)的項(xiàng)目，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上電網(wǎng)操作者可實(shí)時(shí)或預(yù)定時(shí)間有目標(biāo)地部署和調(diào)整資源。”弗蘭克透露，PJM剛與中部大西洋電網(wǎng)汽車(chē)互動(dòng)協(xié)會(huì)（Mid-Atlantic Grid Interactive Cars Consortium）合作舉行了首次的PHEV峰會(huì)，與會(huì)汽車(chē)制造業(yè)，電力公司代表專(zhuān)門(mén)就V2G技術(shù)的運(yùn)用舉行了磋商。

    調(diào)峰調(diào)頻豐厚的市場(chǎng)直接吸引了美國(guó)能源公司（AES）擅長(zhǎng)蓄能技術(shù)的子工司AES Energy Storage。AES Energy Storage把裝有48塊高能鋰離子電池板的大型貨車(chē)直接開(kāi)進(jìn)了PJM總部的停車(chē)場(chǎng)上，與一墻之隔的傳統(tǒng)電廠搶奪調(diào)峰調(diào)頻的市場(chǎng)份額。

    整車(chē)?yán)塾?jì)的裝機(jī)容量1兆瓦，所用的高能鋰離子電池和PHEV上采用的電池是同一技術(shù)，相當(dāng)于150輛PHEV的容量總和，項(xiàng)目總投資達(dá)到1200萬(wàn)美元。

    “高能鋰離子電池對(duì)調(diào)峰調(diào)頻信號(hào)的反應(yīng)速度以毫秒計(jì)算，這是一般的火力電場(chǎng)無(wú)法達(dá)到的。PJM按調(diào)峰調(diào)頻市場(chǎng)的電價(jià)支付費(fèi)用給我們，總投資估計(jì)在三四年之后就能收回。”項(xiàng)目主管馬卡奎拉·恩卡那辛（Makaquias Encarnacion）介紹說(shuō)。

    馬卡奎拉表示整個(gè)項(xiàng)目不單單是為了模擬PHEV群在電網(wǎng)中的運(yùn)作過(guò)程，整量車(chē)本身就是一個(gè)小型的調(diào)峰電廠。就算最終V2G技術(shù)成熟，他也有信心與PHEV一起分享這個(gè)龐大的市場(chǎng)份額。畢竟這個(gè)是龐大的、未完全的市場(chǎng)，僅PJM一個(gè)調(diào)峰調(diào)頻的市場(chǎng)總量就可達(dá)到2500萬(wàn)輛PHEV的規(guī)模。