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智能電網(wǎng)抵御未來風(fēng)暴

發(fā)布時(shí)間: 2016-04-13   來源:西門子

  2012年10月底,颶風(fēng)“桑迪”以時(shí)速150公里(超過90英里/小時(shí))席卷美國東北部沿海地區(qū),令數(shù)百萬人陷入一片黑暗之中。面對氣候變化,能源管理系統(tǒng)必須更加強(qiáng)健,以抵御桑迪這樣的自然災(zāi)害。西門子智能電網(wǎng)技術(shù)多年來一直致力于幫助電網(wǎng)更好地應(yīng)對颶風(fēng)、熱浪和干旱等極端天氣。

  三年前,颶風(fēng)“桑迪”席卷了大西洋沿岸,途經(jīng)紐約市、新澤西州和賓夕法尼亞州,所到之處,無不一片狼藉。這為美國最大的電網(wǎng)運(yùn)營商PJM Interconnection帶來了巨大的挑戰(zhàn)。該公司主要向賓夕法尼亞州、新澤西州、馬里蘭州、哥倫比亞特區(qū)及美國其它10個(gè)州超過6100萬客戶輸送電力。此外,它還負(fù)責(zé)將1300多座電廠生產(chǎn)的電力輸送給眾多區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)營商。一旦電力供應(yīng)中斷,這些客戶都將陷入黑暗之中。

  颶風(fēng)“桑迪”確實(shí)造成了巨大的損失。這場災(zāi)難一共致使800萬住戶停電,而其中500萬就在PJM Interconnection覆蓋區(qū)域內(nèi)。超過140套高架電纜和變電站被損毀,直到數(shù)個(gè)星期之后才得以完全修復(fù)。

  

 ?。ㄈ鐖D)颶風(fēng)“桑迪”損毀了超過140套高架電纜和變電站。地處新澤西州奧特雷海灘的35號公路北就是重災(zāi)區(qū)之一。

  氣候變化:電網(wǎng)面臨的主要挑戰(zhàn)持續(xù)的氣候變化令停電變得愈發(fā)常見。氣候變化不僅會(huì)增加像颶風(fēng)“桑迪”這樣的風(fēng)暴的次數(shù),還會(huì)帶來更多洪災(zāi)、森林大火、熱浪和干旱。美國能源部在其于2015年10月發(fā)布的一份報(bào)告中再次指明了這一點(diǎn)。面對這樣的變化,包含超過9200座電廠和長約50萬公里的高架電纜的美國電網(wǎng)已經(jīng)感受到了壓力。

  在干旱的美國西南部地區(qū),電廠經(jīng)常因沒有足夠的冷卻水而不得不降低發(fā)電量。從2011年開始,加州經(jīng)歷了氣象測量史上最嚴(yán)重的干旱。而根據(jù)最新的對樹上年輪的研究,這也是1200年以來最嚴(yán)重的干旱。與此同時(shí),中太平洋的厄爾尼諾現(xiàn)象有可能使加州在今年冬季遭遇極端降水天氣。雖然降水能幫助緩解干旱,但極端降水帶來的麻煩可能比其帶來的益處更大。譬如今年10月中旬,暴雨導(dǎo)致的泥石流令1萬多個(gè)家庭被迫停電。

  墨西哥灣和太平洋沿岸的風(fēng)暴與颶風(fēng)也在增加。2015年10月,有史以來最強(qiáng)颶風(fēng)之一“帕特里夏”以高達(dá)400公里的時(shí)速橫掃了墨西哥西南沿海地區(qū)。其所過之后產(chǎn)生的洪災(zāi)摧毀了許多樓宇、變壓器和高架電纜。10月初,颶風(fēng)“華金”以時(shí)速250公里(超過150英里)席卷大西洋沿岸地區(qū)。盡管颶風(fēng)此次繞開了美國內(nèi)陸,但其分支及隨之產(chǎn)生的一片低壓區(qū)域仍然造成了南卡羅來納州史上最大暴雨。這些事件均佐證了美國能源部的觀點(diǎn),即必須增強(qiáng)電網(wǎng)的防御能力,以抵御這些極端天氣帶來的影響。

  

  2015年10月襲擊墨西哥西南沿海的颶風(fēng)“帕特里夏”的風(fēng)速高達(dá)每小時(shí)400公里,是有記錄以來全球最強(qiáng)的熱帶氣旋。

  兩個(gè)控制中心PJM Interconnection非常清楚氣候變化帶來的威脅將不斷增加。從2011年11月開始,它部署了來自西門子的能源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在斷電時(shí)對電網(wǎng)進(jìn)行評估并完成更優(yōu)化的管理。系統(tǒng)采用兩個(gè)控制中心。在正常運(yùn)行時(shí),兩個(gè)中心會(huì)共同管理電網(wǎng)。如果其中一個(gè)在突發(fā)事件中發(fā)生故障,另一個(gè)中心則可以繼續(xù)獨(dú)自管理電網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)颶風(fēng)“桑迪”襲來時(shí),這套系統(tǒng)正是這樣工作的,這也令PJM能夠隨時(shí)掌握其輸電網(wǎng)絡(luò)的情況。

  該電網(wǎng)管理系統(tǒng)采用了西門子和PJM Interconnection共同開發(fā)的一個(gè)集成式平臺。這個(gè)平臺能夠整合諸如電力、市場和配電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等多種應(yīng)用。西門子在明尼阿波里斯的能源管理集團(tuán)技術(shù)戰(zhàn)略副總裁Ravi Pradhan表示,“該系統(tǒng)的開放式架構(gòu)是其優(yōu)勢所在。它能以低成本集成新舊應(yīng)用,這使得現(xiàn)存的解決方案也能被包括在內(nèi)。而兩個(gè)控制中心同時(shí)運(yùn)行則加強(qiáng)了電網(wǎng)的安全性,幫助其應(yīng)對如颶風(fēng)一樣會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的突發(fā)事件?!?/p>

  智能電網(wǎng)分區(qū)然而,不僅區(qū)域間的電網(wǎng)需要變得更強(qiáng)健,紐約市的電網(wǎng)同樣有此需求。颶風(fēng)“桑迪”使超過100萬紐約市民受到數(shù)日停電的影響。為了應(yīng)對類似的災(zāi)難,電力公司Con Edison從2013年起開始實(shí)施一項(xiàng)耗資逾10億美元的計(jì)劃,旨在于2017年前增強(qiáng)紐約電網(wǎng)應(yīng)對極端天氣的能力。譬如,修建更高的大壩、保護(hù)性圍墻和強(qiáng)化防護(hù)門來保護(hù)電廠、變電站和開關(guān)柜。同時(shí),公司還會(huì)建立更堅(jiān)固的電線桿,在電網(wǎng)中安裝監(jiān)控傳感器,并重新鋪設(shè)用于警察局、消防部門、醫(yī)院、藥房和超市等關(guān)鍵場所的高架電纜。

  

  美國輸電網(wǎng)絡(luò)包含超過9200座發(fā)電站和近50萬公里的高架電纜。自然災(zāi)害來臨時(shí),該網(wǎng)絡(luò)面臨輸電中斷的風(fēng)險(xiǎn)。

  

  西門子提供的電力管理系統(tǒng)幫助PJM Interconnection在斷電時(shí)更好地掌握電網(wǎng)情況和控制電網(wǎng)。

  

  PJM Interconnection部署了來自西門子的能源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含兩個(gè)控制中心,如果其中一個(gè)在突發(fā)事件中發(fā)生故障,另一個(gè)就可以繼續(xù)獨(dú)自管理電網(wǎng)運(yùn)行。

  借助于西門子的技術(shù),在2015年夏季, Con Edison也為其在曼哈頓地區(qū)的兩個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)部署了全新的自動(dòng)化系統(tǒng)。如果遭遇洪災(zāi),該系統(tǒng)能立刻分割為4個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。一旦電網(wǎng)受損(如變電站發(fā)生爆炸),事故地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)就會(huì)被系統(tǒng)隔離開來。這樣做可以防止事故造成的影響擴(kuò)散到整個(gè)電網(wǎng)。

  這種隔離是通過許多集中控制的開關(guān)站實(shí)現(xiàn)的。Con Edison共在位于曼哈頓下城區(qū)的兩個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中安裝了44臺這種地下開關(guān)站。一旦控制中心觸發(fā)隔離指令,多達(dá)20個(gè)開關(guān)會(huì)在短短數(shù)毫秒內(nèi)同時(shí)啟動(dòng)。為了同時(shí)控制如此之多且分布于整個(gè)電網(wǎng)的開關(guān),系統(tǒng)依賴于采用冗余設(shè)計(jì)的光纖網(wǎng)絡(luò)。

  自動(dòng)切換系統(tǒng)投入使用前,整個(gè)解決方案在西門子進(jìn)行了測試,以確保其具備符合要求的同時(shí)切換速度。測試最終取得了成功?!斑@是配電系統(tǒng)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)同步開關(guān)。”位于北卡羅來納州溫德爾的西門子能源管理集團(tuán)首席工程師Andre Smit說道。他指出,下次風(fēng)暴來臨時(shí),包括華爾街在內(nèi)的曼哈頓東南區(qū)將能在必要情況下快速從城市電網(wǎng)中斷開。

      關(guān)鍵詞: 智能,電網(wǎng),抵御,未來,風(fēng)暴

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