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智能电网支撑清洁能源安全高效利用

导读: 随着大规模新能源的开发利用以及智能电网的发展,将引导人们改变用电方式,形成人与自然和谐互动的用电方式,这对于人类社会的可持续发展具有重大意义。

  当前面对化石能源日益枯竭以及传统能源开发利用所带来的环境污染、气候变化等人类共同的难题,大规模开发利用新能源,保障能源供应与能源安全、降低能源消耗、减少环境污染、应对气候变化,已成为世界各国的共识。

  特别是在我国,截至2011年年底,发电装机总容量已达到10.56亿千瓦,比上年增长9.3%,居世界第2位;预计到2020年,全国发电总装机容量将达到17.8亿千瓦,与美国、日本相比,我国能源需求一直保持快速增长的态势。因此,开发利用新能源、节能减排、发展智能电网已成为我国能源发展的重要战略。

  近年来,我国新能源发展迅速。2011年,全年风力发电新增装机达1763.09万千瓦,累计装机容量达到6236.42万千瓦,居世界第一位。预计到2020年,我国风电装机容量将至少达到1.5亿千瓦,太阳能发电装机容量将达到2000万千瓦。2030~2050年,按人均发电装机1.5千瓦计算,全国电力总装机容量将达到24亿千瓦,其中风电、太阳能等装机容量为7.2亿千瓦,约占30%。因此,未来新能源必将由补充能源发展为替代能源,并最终成为主流能源。

  与此同时,大规模新能源输出功率的随机波动性、难以准确预测性以及用于并网的电力电子变换器对电网扰动的敏感性,使电力系统安全面临新的挑战。而智能电网的发展将为新能源安全高效利用提供技术支撑。智能电网的本质特征是以高度的信息化、自动化为手段,大幅度提升电力生产与供应的安全性、经济性、便捷性,以达到最大限度地接纳新能源、提高设备利用率、改善用户供电质量的目的。规模化新能源安全高效利用正是智能电网建设的重要内容和基本目标。

  为实现大规模新能源安全高效利用,应以智能电网为支撑,依靠基于电源响应、电网响应的整体解决方案。电源响应主要包括先进新能源发电技术和多元互补与大型火电深度调峰技术。提高新能源发电单元的能量转换效率,发展灵活的功率控制技术,适应电网安全运行要求是电源响应的重要组成部分。我国贫油、少气、富煤的能源结构布局决定了火力发电在发电装机构成中的主导地位,因此我国新能源的规模化发展必然主要依赖于火电机组的快速深度调峰。应进一步研究多种能源电源与储能的互补特性,多元互补控制策略可以在一定程度上突破大规模新能源并网运行的技术瓶颈,提高电网对大规模新能源的接纳能力。

  电网响应主要包括新型电网结构及先进输电方式和电网先进控制与安全防御两个方面。多元互补方案的提出必然要以电网为媒介,在全系统范围内实现多种能源类型电源与储能的优化控制,以达到全系统能量实时平衡的目的。电网结构与输送极限是决定电网配置资源能力的两个重要方面,且二者相互影响。因此,新型电网结构及先进输电方式是提高电网接纳能力的必要内容。电网先进控制与安全防御是决定电网输送极限的又一重要因素,也是决定系统安全运行水平的关键因素。随着智能电网建设的推进,电力系统信息化程度显著提高,各种传感器的大量应用与监测平台的建设,将为新能源电力系统先进控制与安全防御提供有效的数据信息支撑。

  电力系统中用电侧的友好响应也是应对新能源随机波动的有效途径之一。负荷平移能减小峰谷差,提高电网设备利用率,同时可担负起调频的任务,发挥旋转储备的作用,甚至还可用以应对大规模集中式风电场的极端天气事件(如风电出力骤降)的影响,保障电网可靠运行。系统中原本已存在大量电网友好型的可平移负荷,辅助以相关政策、价格机制与必要的技术条件,就能够发挥可平移负荷的作用,利用负荷响应提升接纳新能源电力的比例。

  更为重要的是,人们长期以来形成了通过开发利用一次能源满足便捷舒适生活对用电的需求。随着大规模新能源的开发利用以及智能电网的发展,将引导人们改变用电方式,形成人与自然和谐互动的用电方式,这对于人类社会的可持续发展具有重大意义。

  (刘吉臻 华北电力大学校长)

  来源:亮报

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