2015年《巴黎协定》问世以来,围绕“控温”和“减碳”全球居民都在积极行动。作为碳排放大户,能源行业备受关注,同时也义不容辞开展了“大刀阔斧”的变革。2021年5月,国际能源署通过深入调研发布了《Net Zero by 2050-A Roadmap for the Global Energy Sector》报告,着重对电力领域的发展路径进行了研判:2040年前全球范围内电力将成为能源系统的核心,其将在所有领域(包括运输、建筑、工业)发挥关键作用,而且,全球发电量将实现静零排放,并有希望提供近一半的能源消费。而实现这一切的前提是大幅提升电力系统的灵活性,大力发展电池、需求响应、氢燃料、水电等技术以提升系统的可靠性。
在追寻碳中和的进程中,新型电力系统的技术架构和实施路径日渐明晰,其中,“提升能效”和“绿电替代”是必由之路。笔者所在的深圳供电局(以下简称深供)作为国家级智能电网示范单位开始深度参与气候变化领域的国际合作,是最早启动“碳中和”电网研究的国内单位之一。2018年底,经过对前序研究的总结,深供认为,要实现能源高效利用和清洁化替代,迫切需要研发适应未来电力系统架构的新型能源装备,而首选就是“能量路由器”,随后深供联合清华大学深圳研究生院启动了相关的专题研究工作,经验和成果分享如下:
能量路由器的诞生
1.1能源互联网的出现
说起对能量路由器的关注,首先要提到能源互联网的概念。回顾人类文明的近代发展史,其实也是一部能源开发史。通过一代代人的不懈努力,一方面,煤炭、石油、天然气、电力、冷/热等一系列能源被人类所驯服并得已广泛应用;另一方面,每种能源也逐步构建起从生产、运输,到配给、使用的完整网络。但随着人们对能源需求总量和品质要求的不断提升,在某些特定的时空,单一能源或无法满足全部需求。以此为驱动力,多种能源/网络之间的互联成为一种合理的趋势,能源互联网概念应运而生,其核心任务是处理好多种能源的传输、转换、使用问题。
1.2电网形态的演进
中国电网拥有自身鲜明的特征,经过数十年自上而下有计划建设,形成了“发输配变用”界面清晰的链条式架构,潮流方向明确,配用端由公共电网到千家万户的“中心化”辐射供电。但随着低碳绿色能源的“泛在化”使用,用能侧在集成分布式电源和储能后,形成了有一定自持能力的微电网形态,并进一步向着“源网荷储一体化”的方向发展,在配电网层面逐渐呈现“去集中化”、“分布式”的演化趋势。