智能電網抵御未來風暴

發(fā)布時間: 2016-04-13   來源:西門子

  2012年10月底,颶風“桑迪”以時速150公里(超過90英里/小時)席卷美國東北部沿海地區(qū),令數百萬人陷入一片黑暗之中。面對氣候變化,能源管理系統(tǒng)必須更加強健,以抵御桑迪這樣的自然災害。西門子智能電網技術多年來一直致力于幫助電網更好地應對颶風、熱浪和干旱等極端天氣。

  三年前,颶風“桑迪”席卷了大西洋沿岸,途經紐約市、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運營商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個州超過6100萬客戶輸送電力。此外,它還負責將1300多座電廠生產的電力輸送給眾多區(qū)域電網運營商。一旦電力供應中斷,這些客戶都將陷入黑暗之中。

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

  

 ?。ㄈ鐖D)颶風“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號公路北就是重災區(qū)之一。

  氣候變化:電網面臨的主要挑戰(zhàn)持續(xù)的氣候變化令停電變得愈發(fā)常見。氣候變化不僅會增加像颶風“桑迪”這樣的風暴的次數,還會帶來更多洪災、森林大火、熱浪和干旱。美國能源部在其于2015年10月發(fā)布的一份報告中再次指明了這一點。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已經感受到了壓力。

  在干旱的美國西南部地區(qū),電廠經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,加州經歷了氣象測量史上最嚴重的干旱。而根據最新的對樹上年輪的研究,這也是1200年以來最嚴重的干旱。與此同時,中太平洋的厄爾尼諾現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,暴雨導致的泥石流令1萬多個家庭被迫停電。

  墨西哥灣和太平洋沿岸的風暴與颶風也在增加。2015年10月,有史以來最強颶風之一“帕特里夏”以高達400公里的時速橫掃了墨西哥西南沿海地區(qū)。其所過之后產生的洪災摧毀了許多樓宇、變壓器和高架電纜。10月初,颶風“華金”以時速250公里(超過150英里)席卷大西洋沿岸地區(qū)。盡管颶風此次繞開了美國內陸,但其分支及隨之產生的一片低壓區(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,即必須增強電網的防御能力,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“帕特里夏”的風速高達每小時400公里,是有記錄以來全球最強的熱帶氣旋。

  兩個控制中心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)能在斷電時對電網進行評估并完成更優(yōu)化的管理。系統(tǒng)采用兩個控制中心。在正常運行時,兩個中心會共同管理電網。如果其中一個在突發(fā)事件中發(fā)生故障,另一個中心則可以繼續(xù)獨自管理電網運行。當颶風“桑迪”襲來時,這套系統(tǒng)正是這樣工作的,這也令PJM能夠隨時掌握其輸電網絡的情況。

  該電網管理系統(tǒng)采用了西門子和PJM Interconnection共同開發(fā)的一個集成式平臺。這個平臺能夠整合諸如電力、市場和配電網絡管理系統(tǒng)等多種應用。西門子在明尼阿波里斯的能源管理集團技術戰(zhàn)略副總裁Ravi Pradhan表示,“該系統(tǒng)的開放式架構是其優(yōu)勢所在。它能以低成本集成新舊應用,這使得現存的解決方案也能被包括在內。而兩個控制中心同時運行則加強了電網的安全性,幫助其應對如颶風一樣會影響整個電網的突發(fā)事件。”

  智能電網分區(qū)然而,不僅區(qū)域間的電網需要變得更強健,紐約市的電網同樣有此需求。颶風“桑迪”使超過100萬紐約市民受到數日停電的影響。為了應對類似的災難,電力公司Con Edison從2013年起開始實施一項耗資逾10億美元的計劃,旨在于2017年前增強紐約電網應對極端天氣的能力。譬如,修建更高的大壩、保護性圍墻和強化防護門來保護電廠、變電站和開關柜。同時,公司還會建立更堅固的電線桿,在電網中安裝監(jiān)控傳感器,并重新鋪設用于警察局、消防部門、醫(yī)院、藥房和超市等關鍵場所的高架電纜。

  

  美國輸電網絡包含超過9200座發(fā)電站和近50萬公里的高架電纜。自然災害來臨時,該網絡面臨輸電中斷的風險。

  

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

  

  PJM Interconnection部署了來自西門子的能源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含兩個控制中心,如果其中一個在突發(fā)事件中發(fā)生故障,另一個就可以繼續(xù)獨自管理電網運行。

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

  這種隔離是通過許多集中控制的開關站實現的。Con Edison共在位于曼哈頓下城區(qū)的兩個配電網絡中安裝了44臺這種地下開關站。一旦控制中心觸發(fā)隔離指令,多達20個開關會在短短數毫秒內同時啟動。為了同時控制如此之多且分布于整個電網的開關,系統(tǒng)依賴于采用冗余設計的光纖網絡。

  自動切換系統(tǒng)投入使用前,整個解決方案在西門子進行了測試,以確保其具備符合要求的同時切換速度。測試最終取得了成功?!斑@是配電系統(tǒng)內首次實現同步開關?!蔽挥诒笨_來納州溫德爾的西門子能源管理集團首席工程師Andre Smit說道。他指出,下次風暴來臨時,包括華爾街在內的曼哈頓東南區(qū)將能在必要情況下快速從城市電網中斷開。

      關鍵詞: 智能,電網,抵御,未來,風暴

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