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第16章 智能电网核心技术(6)

NETL是唯一一个研究任务和方法与美国能源部实验室一致的研究机构。首先,NETL由联邦管理,在能源局内部,运用投资商承包的模式运行。其次,NETL还具有大量的合作基金,同工商业、大学和其他政府机构合作,主要研究集中在科学计算、基本理论、能源系统、地质和环境系统,以及材料科学等方面。

除了进行前沿科技研究,NETL还在国内和其他四十多个机构通过基金合作的方式进行管理研究,包括1800个项目,总价值90亿美元,其中私人研究资金达50亿美元。NETL也是高等教育创新工作的积极支持者,它在大学设立了500个研究项目以推进能源技术发展,而且为未来能源工业的发展培养技术熟练的员工。另外,NETL的工作还包括开设讲座、访问学者项目、资助贫困生、校园示范、无偿捐赠、高校毕业生就业和其他一些鼓励科研人员的计划。根据NETL的研究任务,其由以下七个机构组成。

石油天然气战略中心(SCNGO)研究美国能源部天然气和石油课题。SCNGO具有石油和天然气所有研究领域的专家学者,主要负责解决石油和天然气生产和使用对环境、能源供应、可靠性的影响问题。

煤炭战略中心(SCC)通过清洁廉价的电能和燃料生产确保国家能源安全和经济繁荣。SCC主要负责煤炭生产使用在环境、能源供应、可靠性问题上的研究开发。清洁的煤炭生产技术不仅可以满足社会不断增加的电力需求,还能够为煤炭资源转化清洁可持续氢能源技术打下基础。

系统分析和规划办公室(OSAP)主导大型复杂系统的研究开发工作。系统的研究为能源规划、使用和安全政策、技术研究以及发展决策提供依据。系统分析致力于化石能源生产、能源燃料系统开发与设计。

项目管理中心(PMC)管理非化石能源研究、发展和示范项目的专家和工作人员,以及与其他机构如能源安全办公室、国家安全局、能源效率和可再生能源办公室项目合作。

研究发展办公室(ORD)进行化石能源和环境科学基础应用研究。ORD四个核心课题为:减少化石燃料造成的环境污染,研究主题包括地质中二氧化碳含量、空气污染问题、煤炭有毒物质排放;计算与科学工具的研发,加快系统、设备和零部件的开发,降低成本,提高效率;发展金属、合金和陶瓷技术,提高生产过程中的废气废热回收利用水平;能源系统动态仿真的研究。

商业管理运作办公室(OIBO)的主要任务是计划、指导、协助实验室的行政、运营、建设以及员工管理工作;信息技术管理;预算与财政管理;培训辅导;包括设计、建造、运行、设备维护的现场管理;安全服务;私人财产管理。

协调功能办公室(OCF)的主要任务是计划、指导、协调实验室内部各部门政策、管理、现场工作。办公室为项目管理、评估测试、安全服务和现场控制提供政策指导,及时交换信息,做好与现场工程师和能源局的协调沟通。

4.7.2美国电力科学研究院(EPRI)

美国电力科学研究院的宗旨是服务社会大众,致力于发电、输电与用电技术研究开发。作为一个独立的非营利性机构,EPRI联合学术界产业界科学家工程师及专家解决电力问题,包括输用电可靠性、效率、安全性和环保问题。同时,EPRI提供电力技术、政策和经济分析,以推进电力研究开发长远规划。EPRI研究机构进行了美国90%以上的电力开发和应用,并且与国际上40个国家具有共同合作项目。EPRI的办公室和实验室主要位于帕洛阿尔托市(加利福尼亚州)、夏洛特市(北卡罗来纳州)、诺克斯维尔市(田纳西州)、雷诺克斯市(马萨诸塞州)。

电力企业创新战略是EPRI电力技术研究开发(R&D)项目的总方针,它涵盖了电力技术发展的长远规划以及较高的社会效益,依据电力规划和能量经济模式而定下的中长期的创新目标,以及EPRI研究机构近期和中期的技术商业目标。

创新办公室负责EPRI技术战略的不断发展,并且按照技术创新计划,为完成中长期研究目标融资。研究顾问委员会(RAC)作为技术战略的主要负责人,指导监督EPRI的技术战略的每个环节。目前,EPRI的研究发展战略致力于运用电力部门和电力技术的作用在2030年之前大量减少温室气体的排放。EPRI下属环境部、发电部、核能源部、输电配电部,在顾问委员会领导下,为了实现电力投资者的技术和商业目标而进行研究开发。

为了指导策略性投资,EPRI建立了一个未来10~20年里,天然气市场和气候变化的两个联动模型,分析两个高度不确定因素可能对电力工业产生的影响。在现有电力技术的支持下,通过模拟研究已解决气候因素之间的相互影响。到2020年,电力企业应用先进技术,将大大减少温室气体的排放量,并渗透到社会经济发展中。

EPRI技术战略是通过整体研究开发规划来实施的。年度规划包括各部提出的具体研究计划。EPRI战略计划包括长远规划与模型研究,以及研究顾问委员会优先级别比较高的技术创新项目,通过EPRI各部门的战略计划拟订方案并实施。这个协作进程旨在协调中近期目标与中长期优先项目的之间的关系,帮助全程维护创新的连续性。

EPRI早在1997年就制定了电力技术蓝皮书,它诠释了EPRI的全部创新技术发展战略:在21世纪通过科学技术的发展使电力更好地为社会服务。具体有五个方面:

改善电力传输基础设施;加快数字化社会发展;促进生产力发展和经济繁荣;处理能源与环境的矛盾;解决全球可持续发展的问题。在通往2050年全球能源经济可持续发展道路上,电力技术蓝皮书具有标志性里程碑意义。书中详细阐述了实现五大目标所要进行的研究工作,需要突破十四个领域的挑战,才能满足电力技术和电力服务需求。

EPRI蓝皮书的目的在于鼓励公共部门和个人在合作、投资以及在下半世纪各个领域的创新。为了确定战略研究开发计划的优先顺序,EPRI通过程序和模型仿真评估不确定的科学、政策、技术和市场动力。

EPRI很早就在智能电网项目的研究方面投入了大量的精力和资金,取得的成果主要包括以下几个方面:EPRI智能电网流程图和结构图,分析了电力网络结构智能化发展的过程,研究的内容是十个选定电网智能化改造的评估报告,包括智能改造规划、目标、管理、预算、设备升级、技术文件等,较完整地对现有电网智能化改造的评价;EPRI智能电网的结构体系,为政府评估、发展、协调智能电网操作性标准提供了技术基础;智能电网研究方法,为发展智能电网指明了方向。

近年,EPRI对智能电网的贡献主要在于指导和监督企业安装各种先进智能电网设备,如制定IEC61850设备的安装和调试标准,配电公共信息应用模型指导书,输配电系统内各模块以及用户与网络交互性问题的协调等。

4.7.3美国能源部电力输送与能源可靠性研究室(OE)

2003年5月,美国能源部针对若干重要领域创建了两个研究室进行研究:一个是输配电研究室(TD),专门研发确保美国现代电网的可靠、安全的关键技术;另一个是能源保障研究室(EA),它与联邦政府合作制定相关政策,建立坚强的电力能源保障体系。

2003年8月14日,美国中西部、东北部以及加拿大部分地区发生了大规模的停电事故,造成了数十亿美元的损失。这两个研究室对灾害迅速作出响应,EA的工作人员在康乃狄格州与纽约州之间建立了一条新的电力线,为纽约重新带来了光明。TD的工作人员与新成立的美加电力系统停电事故响应组织一道分析了停电发生的原因并讨论了响应对策以避免类似事件再次发生。

2005年,这两个研究室与能源部的化石能源研究室一起被合并成一个新的研究室,即电力输送与能源可靠性研究室(OE)。在同年8月到11月短短几个月内,美国墨西哥湾沿岸地区连续遭受飓风卡特里娜和丽塔的袭击,造成数以十亿计的经济损失,同时电力系统也遭到了巨大的破坏。OE研究室在飓风登陆数小时后迅速采取行动,他们与联邦政府合作,尽一切可能修复穿越整个东半部的电力系统以及石油输送管道,在这些修复行动后,OE研究室的工作人员立刻将工作重点转向和其他联邦管理机构的合作,开发各种仿真和其他工具来减少能源系统在未来遇到同样威胁时的脆弱程度。

OE自成立以来,一直致力于激励在电力和能源结构上的投资,提高美国的电力供应与需求侧的技术水平,识别各种阻碍以延续电力可靠服务,不断加深在结构规划时对安全性和可靠性的考虑。OE在美国的能源安全领域扮演着至关重要的角色。

OE为实现电网的现代化、智能化研发出了“下一代”电网的装置、软件、工具。

4.7.4欧洲智能电网技术平台

欧洲未来电网(智能电网)技术平台是一家由欧洲议会发起并建立起来的研究机构。其目标是推动整个欧盟在电力网络特别是智能电网技术上的发展,并为此创造一个高竞争性的研发环境。该研究平台代表着所有的欧洲纳税人,它是在2004年第一届可再生和分布式能源国际会议上由众多工业企业和研究机构提议建立起来的,至今得到了长足的发展,为智能电网的发展做出了重要的贡献。

欧洲智能电网技术平台于2005年正式开始运作,目的是以2020年为目标年规划并推动欧洲电网技术的发展。

研究范围:为了规范和加强欧洲未来电力网络的整合战略,这个技术平台能够提供一整套完整的规划和实施的计划、项目方案。该平台的主要研究目标是增加欧洲输电和配电系统的效率、安全性和可靠性,消除大规模分布和可再生电源应用所带来的系统阻塞。同时它为未来的电网发展提出了展望,为各种公共或私人研究者提供电网技术方面的支持,也为各国政策制定者提供决策研究与发展计划。

组织结构:欧盟议会与该技术平台有直接的联系,并且参与其研发过程,适当地维护欧盟的利益,但是该技术平台仍然是一个独立于欧盟议会或其他组织的自主研究机构。它能够自行决定其工作和发展方式。该技术研究平台受到顾问委员会的控制与监管,委员会为概念定义、研究方向、研究结构、工作进程与计划提供专业指导。顾问委员会下还成立了一个执行小组来领导平台的日常工作,执行委员会的决策。除此之外,该平台还设立了一个国际顾问小组和一个工作小组,加强了国际交流以及研究工作在细节上的执行力。

该平台的这种公开性与可接入性,使得每个欧洲的纳税人都可以积极地参与其中。其结构反映了平台的多样性与开放性,这就保证了它始终能以积极和动态的方式处于世界智能电网研究的前沿。

4.7.5国外智能电网相关网络

为了帮助读者从技术特点、标准、发展现状、研究前景和效益等几个方面对智能电网核心技术有更为详细的了解,并配合目前国内外研究现状对各项技术进行标准化建设,我们汇集了国外智能电网研究机构的一些网址,以方便读者获取资料,进行更深一步的研究。

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