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智能電網(wǎng)發(fā)展面面觀

責(zé)任編輯：glen 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012-05-08 00:00:00

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   能源和環(huán)境問題目前是本世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的問題之一，為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，開發(fā)和利用可再生的能源成了世界各國(guó)的共同選擇。在這種大背景之下，電力行業(yè)也意識(shí)到僅僅靠傳統(tǒng)、常規(guī)的電力技術(shù)及手段，難以解決越來(lái)越多的新能源接入的問題。所以近年來(lái)，智能電網(wǎng)技術(shù)，尤其是作為智能電網(wǎng)技術(shù)重要組成部分的可再生能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)等逐漸成為了業(yè)界研究的熱點(diǎn)。

   智能電網(wǎng)技術(shù)不論從理論層面看還是從實(shí)踐層面看，都能更好地讓可再生能源接入電網(wǎng)。當(dāng)前可再生能源接入包括很多技術(shù)，有些技術(shù)不是常規(guī)的，有一些是新的。比如說(shuō)智能電網(wǎng)技術(shù)里面的儲(chǔ)能技術(shù)。由于可再生能源發(fā)電是間歇性的、隨機(jī)的和難以控制的，所以加入儲(chǔ)能技術(shù)后可以更好地協(xié)調(diào)能源利用的供需平衡，如抽水蓄能、電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)、壓縮空氣、飛輪等等，這些儲(chǔ)能技術(shù)有的目前還處于研究階段，有的已經(jīng)得到了少量開發(fā)，有的則已經(jīng)投入了正式使用，它們的成熟度不一樣，此其一。其二是需求側(cè)管理（DSM）或需求側(cè)響應(yīng)(DR)，通過(guò)利用通信和信息技術(shù)，并采用技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和行政等手段，維持發(fā)電側(cè)和需求側(cè)的供需平衡。一旦發(fā)電量不足，便能適時(shí)通知用戶減少用量或變化用電方式，或者利用價(jià)格變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)控制。其中，利用高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)(AMI)是完成需求側(cè)響應(yīng)的一項(xiàng)重要手段，此外還有電力電子技術(shù)等。鑒于可再生能源的接入會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定影響，我國(guó)利用了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)，通過(guò)移相器、電力電子等手段以適應(yīng)潮流的多變性。再比如說(shuō)海上風(fēng)電，由于輸電距離和輸送容量等的限制，大容量、長(zhǎng)距離輸送離岸風(fēng)電不能用交流電纜，因?yàn)榻涣麟娎|最長(zhǎng)傳輸距離一般為四、五十公里。為了應(yīng)對(duì)這種情況，我們便利用海底電纜、基于VSC的高壓直流輸電、IGBT等技術(shù)進(jìn)行解決。

   到目前為止，電動(dòng)汽車的充電模式主要有以下四種：1）VOG模式（單向無(wú)序電能供給），在此模式下，電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)即可立即充電；（2）TC--Timed Charging模式（單向有序電能供給），在此模式下，電動(dòng)汽車可以在給定的時(shí)刻開始充電；（3）V1G模式（電動(dòng)汽車充電受電網(wǎng)控制），在此模式下，電動(dòng)汽車可以與電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，優(yōu)化充電安排、提高電網(wǎng)效率，在電網(wǎng)允許時(shí)刻進(jìn)行充電，弊端是不能向電網(wǎng)反饋送電；（4）V2G模式（雙向有序電能供給），在此模式下，電動(dòng)汽車可以作為電能存儲(chǔ)設(shè)備、備用電源設(shè)備等，與電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)通信并受其控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)間的能量轉(zhuǎn)換（充、放電）。

   我們應(yīng)該用辯證的眼光看待電動(dòng)汽車充電的利弊，一方面，如果合理利用和控制電動(dòng)汽車充電，便可使其削峰填谷的作用得到充分發(fā)揮，給電網(wǎng)負(fù)荷帶來(lái)積極的調(diào)節(jié)；另一方面，它給電力系統(tǒng)帶來(lái)的負(fù)面影響同樣不容小覷，其中主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：無(wú)計(jì)劃的臨時(shí)性快充對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生短時(shí)性負(fù)荷沖擊；電動(dòng)汽車通過(guò)逆變向電網(wǎng)供電，不可避免給電網(wǎng)帶來(lái)反向潮流、電壓變化、電能質(zhì)量問題和無(wú)功功率平衡問題；給電網(wǎng)的規(guī)劃和調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)新的問題，尤其是配電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行等。

   舉個(gè)例子，目前我國(guó)汽車保有量約為1億輛，假設(shè)到2030年時(shí)我國(guó)汽車保有量為3億輛，而電動(dòng)汽車為6000萬(wàn)輛，占其中的五分之一，每輛電動(dòng)汽車充電功率為10千瓦，極端情況下同時(shí)充電,則總充電功率將達(dá)到6億千瓦，將占2030年時(shí)電網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘?4億千瓦的1/4,如果不對(duì)此加以協(xié)調(diào)并采用相關(guān)技術(shù)手段有效控制，而無(wú)序地同時(shí)充電的話，將會(huì)出現(xiàn)“峰上加峰”的情況，從而增大電網(wǎng)調(diào)峰難度，加大輸配電網(wǎng)建設(shè)的壓力，降低發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的運(yùn)行效率。因此，在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，我們應(yīng)把對(duì)電動(dòng)汽車充放電運(yùn)行模式的研究作為一項(xiàng)工作重點(diǎn)，充分利用電動(dòng)汽車作為時(shí)間上可平移負(fù)荷的特點(diǎn)，依靠智能電網(wǎng)中所支持的需求側(cè)響應(yīng)，在一定程度上削峰填谷、平滑負(fù)荷曲線，提高設(shè)備利用效率、降低系統(tǒng)損耗。再比如，電動(dòng)汽車充電站屬于諧波源負(fù)荷，其產(chǎn)生的諧波主要是6k±1次諧波，如果這些諧波電流注入公用電網(wǎng)，將導(dǎo)致電網(wǎng)損耗增加、設(shè)備過(guò)熱及壽命損失、對(duì)控制和通信電路的干擾，同時(shí)會(huì)造成電壓畸變、功率因數(shù)下降，影響電網(wǎng)中的電能質(zhì)量水平及其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行等。因此，只有正視電動(dòng)汽車充電給電網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，采取積極的手段盡量抑制諧波進(jìn)入公用電網(wǎng)，才能最大化保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

   隨著可再生能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)可再生能源發(fā)展面臨的問題也逐步凸顯，尤其在風(fēng)電等新興可再生能源發(fā)電并網(wǎng)方面，更是困難重重。由過(guò)去主要來(lái)自技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力方面的約束，轉(zhuǎn)變?yōu)閬?lái)自市場(chǎng)機(jī)制、發(fā)展體制方面的制約，要破解可再生能源的并網(wǎng)難題，需要多方面的協(xié)調(diào)配合。

   首先要有序接入。因?yàn)閺S網(wǎng)分開之后，當(dāng)前存在無(wú)序發(fā)展的情況，有些地方的風(fēng)電建設(shè)超出了高壓電網(wǎng)建設(shè)的速度。風(fēng)電等新能源的建設(shè)要和線路建設(shè)相配合。第二，增加儲(chǔ)能。儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)智能電網(wǎng)改善電能質(zhì)量、提高可再生能源接入起著重要作用。具有間歇性、不穩(wěn)定性的可再生能源發(fā)電會(huì)影響電網(wǎng)的運(yùn)行。以風(fēng)能為例，電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員雖然通過(guò)風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)技術(shù)來(lái)協(xié)助調(diào)度，但預(yù)測(cè)的誤差是無(wú)法避免，而且在風(fēng)電變化大的情況下，即使預(yù)測(cè)精確，仍需要具備一定的儲(chǔ)能手段。應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，可大大增加風(fēng)力發(fā)電的信用度。第三，可再生能源要與常規(guī)能源協(xié)調(diào)發(fā)展。要在政府政策基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)好風(fēng)電等新能源與傳統(tǒng)火電能源的關(guān)系，雙方要形成互補(bǔ)。當(dāng)然，在滿足接納全部可再生能源發(fā)電電量的前提下，常規(guī)能源發(fā)電（如煤電）的經(jīng)濟(jì)性和效率會(huì)有一定程度的下降。另外，對(duì)風(fēng)電間歇性和不穩(wěn)定性而言，需要加強(qiáng)風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)工作，同時(shí)，風(fēng)電的制造廠家也需要提高性能技術(shù)——低電壓穿越技術(shù)，避免事故的多發(fā)以及由事故引發(fā)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)跳閘，進(jìn)而影響供電和系統(tǒng)穩(wěn)定性能。此外，我們還應(yīng)學(xué)習(xí)丹麥的經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)聯(lián)絡(luò)線輸送功率的能力。

   風(fēng)電和光伏發(fā)電要堅(jiān)持分散和集中相結(jié)合的原則，盡可能就地消化。當(dāng)前我國(guó)是以集中式的風(fēng)力發(fā)電為主，而國(guó)外如日本等則是以分散式的太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主。隨著未來(lái)我國(guó)風(fēng)電所占比例的逐漸上升，尤其是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電所占比例超過(guò)30%時(shí)，我們甚至可以考慮利用風(fēng)能、太陽(yáng)能通過(guò)制作氫，作為燃料電池的燃料，以供發(fā)電。這也是國(guó)外某些發(fā)達(dá)國(guó)家正在探討的技術(shù)路線之一。

   微網(wǎng)技術(shù)是解決分布式發(fā)電的最好技術(shù)，它可以將對(duì)配電網(wǎng)的影響減到最小，同時(shí)將對(duì)用戶自身的供電可靠性提高到最大程度，其重要性不言而喻。現(xiàn)有研究和實(shí)踐已表明，將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入到大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)效能的最有效方式。在微網(wǎng)系統(tǒng)中，用戶所需電能由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、以天然氣和沼氣等為燃料的冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP），通過(guò)微電網(wǎng)來(lái)提供，往往可同時(shí)滿足用戶供熱、供冷和供電的需求。這種綜合的用能方式比常規(guī)的方式效率要高，一般不考慮余熱利用的發(fā)電效率為30%左右，如果將余熱加以利用的話，就可以將總效率提高到70%-80%，使我們充分達(dá)到節(jié)能和合理用能的目的。

   目前，由于條件的制約，微網(wǎng)相關(guān)工作在我國(guó)海島、鄉(xiāng)村邊遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用要相對(duì)多一些。當(dāng)然，就微網(wǎng)在城市的發(fā)展而言，我國(guó)也抱以同樣的重視，天津生態(tài)城建設(shè)就是在這方面很好的探索。隨著未來(lái)天然氣、風(fēng)能、光伏等清潔能源的分布式發(fā)電的并網(wǎng)需求的不斷增多，人們對(duì)城市微網(wǎng)的需求還將逐漸增大。

   此外，隨著微網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子設(shè)備在微網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用也將逐漸增多，這可能會(huì)造成一些特殊的問題，同樣值得我們引起重視。比如說(shuō)它會(huì)產(chǎn)生一些諧波，造成電能質(zhì)量下降，影響繼電保護(hù)的動(dòng)作等等。原先的分布式發(fā)電基本上采取就地控制的辦法，現(xiàn)在由于通訊系統(tǒng)、光纖技術(shù)、電力系統(tǒng)技術(shù)等的不斷提高，加強(qiáng)通訊系統(tǒng)建設(shè)的可行性大為增加。通過(guò)加強(qiáng)微電網(wǎng)通訊和信息方面的相關(guān)技術(shù)，有助于解決微電網(wǎng)中控制、保護(hù)中遇到的一些難題，從而提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行性能。

   

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