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智能、穩(wěn)定、可靠

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核電與智能電網(wǎng)——連接生產(chǎn)者和消費者并使用新技術(shù)的雙向網(wǎng)絡(luò)——相結(jié)合,可以幫助各國向低碳電力資源過渡,確??煽?、穩(wěn)定和可持續(xù)的能源供應(yīng)。

許多國家正在使低碳能源結(jié)構(gòu)多樣化,以幫助他們經(jīng)濟去碳化和實現(xiàn)氣候目標。這使得全球向可再生能源轉(zhuǎn)變;然而,僅靠這些能源還不能完全可靠地滿足需求。

“低碳可再生能源對氣候友好,但由于太陽能和風(fēng)能的間歇性,以及缺乏大規(guī)模的儲能能力,它們并不總是容易控制或能夠滿足能源需求。這意味著電網(wǎng)往往需要補充能源?!痹幽軝C構(gòu)規(guī)劃與經(jīng)濟研究科科長HenriPaillere說,“隨著更多樣化的能源輸入網(wǎng)絡(luò),電網(wǎng)不得不變得更加靈活、更具有適應(yīng)性,以確??煽亢陀羞m應(yīng)能力的能源供應(yīng)?!?/p>

核電可以每周7天、每天24小時產(chǎn)生低碳能源。它為各國轉(zhuǎn)向低碳能源系統(tǒng)提供了能源安全。核電廠通過靈活運行,可以補充可再生能源的可變發(fā)電量,憑借其大型蒸汽輪機的慣性,這些核電廠還可以幫助穩(wěn)定電網(wǎng),確保清潔可靠的電力供應(yīng)。

傳統(tǒng)上,電網(wǎng)依靠燃燒煤炭和天然氣等化石燃料發(fā)電廠,通過開啟和關(guān)閉滿足能源需求。

而智能電網(wǎng)則可以接受多種不同的能源,并且與不太靈活的傳統(tǒng)電網(wǎng)不同,可以在不同能源之間動態(tài)切換。雖然智能電網(wǎng)早已存在,但技術(shù)進步使其更上一層樓。智能電網(wǎng)可以利用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)(一種通過互聯(lián)網(wǎng)連接的計算機和設(shè)備系統(tǒng),可以動態(tài)地分享和處理數(shù)據(jù))等最新技術(shù)收集信息,提高運行效率和自動化流程。

例如,智能電網(wǎng)可以利用人工智能生成的預(yù)報來預(yù)測陰天和無風(fēng)的日子,并動態(tài)地從太陽能和風(fēng)能生產(chǎn)切換到核能等可替代能源,以實現(xiàn)不間斷的供應(yīng)。人工智能還可以預(yù)測風(fēng)暴可能襲擊的地點和可能持續(xù)的時間,在輸電線路受損的情況下,向電網(wǎng)發(fā)出信號,以擴大生產(chǎn)規(guī)模,實現(xiàn)生產(chǎn)多樣化。

如果輸電線路出現(xiàn)斷裂或停電,電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感器和設(shè)備可以通知電網(wǎng)營運者需要進行維修工作,并改道供電或從其他來源取電。

在傳統(tǒng)的電網(wǎng)中,風(fēng)暴的影響只能在風(fēng)暴過后才能評估。因此,生活在斷電線路的下游,往往意味著在線路修復(fù)之前沒有電。智能電網(wǎng)由于能夠找到電力生產(chǎn)和輸送的替代方案,因而適應(yīng)能力更強,可以減少用戶的停電時間。

以全球最大的電力生產(chǎn)商之一法國電力公司(EDF)為例,目前正在開發(fā)的一些創(chuàng)新型智能電網(wǎng)技術(shù)包括使用5G(新一代移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù))來加強物聯(lián)網(wǎng),以及開發(fā)更高效的電流混合網(wǎng)絡(luò)。區(qū)塊鏈技術(shù)為跟蹤和處理交易提供了一種高度安全的方式,也正在被引入,以證明正在生產(chǎn)清潔能源的地點和數(shù)量。法國電力公司正在使用一種名為“數(shù)字孿生”的方法來構(gòu)建虛擬環(huán)境,用于預(yù)測電網(wǎng)維護需求和減少維修費用。

“我們對智能電網(wǎng)的研發(fā)重點是應(yīng)對一系列挑戰(zhàn)。我們也在考慮社會對更綠色的電力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的期望,并為風(fēng)險做好準備,如氣候變化的影響、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險以及確保網(wǎng)絡(luò)對潛在危機的適應(yīng)能力。”法國電力公司研發(fā)部門經(jīng)理Bernard Salha說,“當(dāng)然,計算能力的提高所帶來的任何新方法都將經(jīng)過在現(xiàn)有模型上的測試,以提高其準確性?!?/p>

原子能機構(gòu)高級核安全官員DianZahradka說,評價這些技術(shù)進步的影響是這一過程的重要組成部分。“新技術(shù)只有在安全的情況下才是有益的。根據(jù)原子能機構(gòu)的安全標準,任何設(shè)計修改,包括人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用,都要經(jīng)過嚴格的安全評定,以評價這些變化和現(xiàn)代化可能對核電廠產(chǎn)生的任何影響,以及它們?nèi)绾闻c電網(wǎng)互動。原子能機構(gòu)組織技術(shù)會議,以討論潛在的影響并分享核電廠使用這些技術(shù)的經(jīng)驗。”

電網(wǎng)慣性與核電

智能電網(wǎng)可以讓更多的能源主動連接并動態(tài)使用。然而,這也為電頻率的更大波動打開了大門,從而帶來了更多的不穩(wěn)定性。

電網(wǎng)以特定的頻率運行,并被設(shè)計為保持在一定范圍內(nèi),以確保能源的穩(wěn)定供應(yīng)。當(dāng)人們打開和關(guān)閉電氣設(shè)備時,頻率的變化會不斷發(fā)生。這些變化通常被能源的發(fā)電運動部件所吸收,如核電廠或化石燃料電廠的旋轉(zhuǎn)渦輪。

這種沉重的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量可以轉(zhuǎn)動得稍快或稍慢,就像一個減震器,幫助平衡頻率波動,緩沖快速變化。這些部件的運動方式及其對電網(wǎng)中能量的影響稱為電網(wǎng)慣性。

然而,像太陽能這樣的可再生能源沒有這些運動部件。其他有這些運動部件(如風(fēng)力渦輪機)的可再生能源,這些運動部件并不直接連接到電網(wǎng),而是通過變頻器運行,這意味著它們不具備必要的電網(wǎng)慣性。

“沒有慣性,電網(wǎng)吸收波動的能力有限,會變得不穩(wěn)定。”美國愛達荷國家實驗室綜合能源系統(tǒng)國家技術(shù)總監(jiān)Shannon Bragg-Sitton說,“在大的變化面前,它也會變得特別脆弱,比如能源的突然中斷、凈負荷的大幅變化或嚴重的輸電事件。這些變化可能會導(dǎo)致突然的電力過載或短缺,并可能最終停電。核電可以協(xié)助應(yīng)對這一挑戰(zhàn),并為電網(wǎng)提供一些必要的穩(wěn)定性?!?/p>

原子能機構(gòu)通過出版物、講習(xí)班和技術(shù)會議, 支持各國評估電網(wǎng)的可靠性和適應(yīng)力,包括使用核電。原子能機構(gòu)還將核工業(yè)和電網(wǎng)系統(tǒng)的利益相關(guān)者聯(lián)系起來,使他們能夠交流信息,介紹良好實踐,討論共同的挑戰(zhàn)和機遇。這些活動有助于各國制定實現(xiàn)能源安全和可持續(xù)性的能源戰(zhàn)略。