PJM：智能电网供电很可靠，能帮我们忘了美加大停电噩梦

 编者按

    “供电可靠性是电力系统的生命线，而智能电网的运用将大大提升供电可靠性。”为美国东部5100万人口提供电力服务的PJM电网副总裁卡尔·费曼对早报记者说。

    想普及智能电网，比起天花乱坠的说辞，这是最朴实、最具说服力的解释。

    传统电网的不可靠性对美国人而言，有深刻的体会——2003年发生了美加大面积停电事故，美国和加拿大受影响的总人口达到5000万，经济损失至少60亿美元。

    因此，美国人拓展智能电网的脚步一刻不停，宾夕法尼亚州早在2008年11月14日就立法规定所有的新建筑必须安装智能电表，并在未来15年内达到全州普及的目标……

    继专访了美国发展智能电网的几位关键人物之后，记者近日又专程探营美国智能电网先行者PECO能源公司，以及PJM电网，对美国智能电网的发展现状有了一个更为具象的了解。

    PJM电网的媒体公关经理雷·多特（Ray Dotter）对2003年美加大面积停电事故至今记忆犹新。

    2003年8月14日下午4点13分，美国东部和加拿大联合电网发生了北美历史上最大范围的停电，事故波及美国的密西根州、纽约州、新泽西州、马萨诸塞州等8个州以及加拿大的安大略、魁北克省，受影响的总人口达到5000万。美国能源部估计这次大停电造成至少60亿美元的经济损失。

    “半个小时之内我们的停车场就停满了全美各大电视网的采访车，随后全世界各地的记者挤爆了我们最大的演讲厅。”多特笑着说现在去看视频，画面不时会闪现他疲惫的背影，他还能体会到当时焦头烂额的情形。媒体和公众都想知道到底发生了什么？

    扮演航管员的角色

    “我们这个行业媒体曝光率一直很高。发生停电事故，大家第一时间向我们追问原因。电价不断攀升，我们作为替罪羊被推到了第一线。现在智能电网是热门话题，我们当然也免不了再次成为焦点。”PJM电网的副总裁卡尔·费曼（Karl Pfirrmann）表示公众对电网的实际运作缺乏了解，而认识电网的运作过程是理解智能电网的前提条件。

    PJM最早成立于1927年，当时由宾夕法尼亚州（Pennsylvania）、新泽西州（New Jersey）和马里兰州（Maryland）3家电力公司组成了世界上第一个区域电力联营组织，其名称即由三州的首字母组成。

    美国联邦能源管制委员会（FERC）于2000年颁布了2000号法令，提出建立区域输电组织（RTO），旨在跨州范围内，建立独立、完整的输电运营网络，以促进电能的合理流动和资源的优化配置，同时为电力市场的运营实行有效监督。

　　PJM电网目前是北美最大的区域输电组织，调度美国最复杂的电力控制区，为东部地区13个州及首都华盛顿特区总计5100万人口提供电力服务。PJM控制着包括美国东部26%的发电机组（1.65亿千瓦）、23%的用电负荷和19%的输配电资产（输电线路长度9.02万公里），覆盖区域内的GDP占全美国GDP的19%。

　　“PJM的电力市场目前拥有550个成员单位，涵盖了发电厂业主、输电业主、供电商、配电商和终端用户等，这些成员单位是发电厂和输电网络的实际拥有者，而我们扮演着类似于航管员的角色。”费曼作了一个很形象的比喻。在PJM电网中，输电网络属功能性分享，即原来的输电网络所有权没有变更，只是将输电经营权移交给PJM，而输电网所有者作为市场成员参与到PJM市场中。

    在PJM电网中，燃煤发电装机容量为6600万千瓦，约占40%；水力发电为769万千瓦，约占5%；燃油发电760万千瓦，约占4%；核电3100万千瓦，约占19%；天然气发电4600万千瓦，约占28%。“在未来的能源组合中，我最看好风能资源。虽然兴建新的核电厂颇受争议，但在我们看来核能依旧是很好电力资源。”费曼说。

    PJM对其控制区中所有发输电设备进行统一的运行调度及相关规划管理，其中包括对电厂和输电网络的位置和建设给予参考意见。“我知道中国目前在超高压输电线方面的技术世界领先。超高压输电线非常适合超长距离的电力运输。美国一般采用高压输电线路，由于很少建设超长输电网络。”费曼举例说，有个项目计划把北达科他州风能发电站发的电通过高压输电网输送到新泽西州，反对的意见认为与其那么从老远输送过来，还不如直接在大西洋上建设离岸风能发电站。

    增强供电可靠性

    根据美加电力系统停电事故分析专家小组2004年4月公布的调查结果，2003年美加大面积停电事故的直接原因是由于俄亥俄州的一家电力公司没有及时修剪树木，导致在用电高峰期，高压电缆下垂，触到树枝而短路。短路的电缆造成这家发电厂以其输电线跳闸，最终在整个电网系统中触发多米诺骨牌效应。

    “供电可靠性是我们电力系统的生命线。这次事故实际暴露了电网中缺乏同步实时数据监控、事故预警和自动调节的装置。”费曼说：“智能电网科技在电网实时监控的数据分析领域的运用将能大大提升供电可靠性。”

    1968年美国首次成立电力可靠性协会，1981年由于加拿大和墨西哥的加入，改名为北美电力可靠性协会。协会下设11个地区性安全协调委员会，PJM是其中之一，其主要任务是协调各电网的发展规划和设计准则，进行负荷预测，组织典型事故调查，进行电网的统计分析。

    “目前PJM管辖系统中共安装了15个相量测量工具（Phasor Measurement Units），是北美电力可靠性协会相量测量系统的重要组成部分。”费曼说。

    相比目前在电力行业中广泛使用的数据采集与监视控制系统（SCADA），相量测量系统胜在速度。SCADA的数据采集与测量频率大约是每4秒一次，而在GPS高精度的原子时钟同步控制下，相量测量工具可以1秒30次的频率测量电网的电压和电流。

    根据“北美实时相量测量倡议”，北美电力系统中的100个枢纽点安装了相量测量工具。测量的相量数据会被传送到田纳西流域管理局（TVA）的相量测量数据中心，从而实现实时数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

    PHEV参与电网调峰调频

    PJM掌管着全球最大的竞争性趸售（批发）电力市场，拥有多个互为补充、互相协调的市场，包括日前市场、实时市场、期货市场、零售市场、财务输电权市场、容量信用市场、辅助服务市场。其中辅助服务市场主要包括电网的调峰调频。每天电网负荷高峰时段需要有足够容量的电厂来调节负荷变化。频率的变化也反映负荷的变化，同时也必须通过调整频率保证满足系统功率和负荷平衡。

    目前“车辆到电网”（vehicle to grid，简称：V2G）的概念方兴未艾。V2G描述了即插式混合动力车（PHEV）与电网的关系。PHEV的车载电池可以作为一个分布式储能单元，当车载电池需要充电，电流由电网流向车辆，当汽车不使用时，车载电池的电能可以销售给电网的系统。理想中的V2G平台在高峰时段放电，以替代效率较低的调峰电厂，而在非高峰时段则自动充电。

    “在负荷高峰时段，我们的系统会自动向电厂发出调峰调频信号，一般的火力电厂在接到信号后，需要一定的启动时间，而高性能电池则能在数秒内释放电量。”PHEV所携带的高性能电池具有清洁、高效、环保等特质，PJM的系统操作主管弗兰克·可扎（Frank Koza）非常看好PHEV取代传统的火力电厂为电网提供调峰调频服务。

    显然一辆PHEV的电池功率远远无法满足电网调峰调频的需要，但是通过智能化电网平台，分散的资源可以通过网络平台实现规模化。“这个并不是技术难点，很多网络或者科技公司都可以提供解决方案，比如车主自愿地联合起来参加由第三方搭建平台的项目，在这个网络平台上电网操作者可实时或预定时间有目标地部署和调整资源。”弗兰克透露，PJM刚与中部大西洋电网汽车互动协会（Mid-Atlantic Grid Interactive Cars Consortium）合作举行了首次的PHEV峰会，与会汽车制造业，电力公司代表专门就V2G技术的运用举行了磋商。

    调峰调频丰厚的市场直接吸引了美国能源公司（AES）擅长蓄能技术的子工司AES Energy Storage。AES Energy Storage把装有48块高能锂离子电池板的大型货车直接开进了PJM总部的停车场上，与一墙之隔的传统电厂抢夺调峰调频的市场份额。

    整车累计的装机容量1兆瓦，所用的高能锂离子电池和PHEV上采用的电池是同一技术，相当于150辆PHEV的容量总和，项目总投资达到1200万美元。

    “高能锂离子电池对调峰调频信号的反应速度以毫秒计算，这是一般的火力电场无法达到的。PJM按调峰调频市场的电价支付费用给我们，总投资估计在三四年之后就能收回。”项目主管马卡奎拉·恩卡那辛（Makaquias Encarnacion）介绍说。

    马卡奎拉表示整个项目不单单是为了模拟PHEV群在电网中的运作过程，整量车本身就是一个小型的调峰电厂。就算最终V2G技术成熟，他也有信心与PHEV一起分享这个庞大的市场份额。毕竟这个是庞大的、未完全的市场，仅PJM一个调峰调频的市场总量就可达到2500万辆PHEV的规模。