淺析智能電網(wǎng)中的并網(wǎng)技術(shù)

摘要: 介紹了智能電網(wǎng)及智能電網(wǎng)中的并網(wǎng)技術(shù),分析其在當(dāng)今能源消費(fèi)中的重要性之后,根據(jù)智能電網(wǎng)中并網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)提出如何能更好地發(fā)揮并網(wǎng)技術(shù)的作用。

1 概述

1.1 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)作為基礎(chǔ),把所謂的傳感量測(cè)手段、通訊手段、信息化技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和物理電網(wǎng)高度集成形成的新興網(wǎng)絡(luò)。它是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架,各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展具有信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的電力網(wǎng)絡(luò)類型。它的主要特征是對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行全面控制。電網(wǎng)最大的特征是生產(chǎn)和消費(fèi)在同一時(shí)刻發(fā)生,這對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制的要求非常高。

1.2 智能電網(wǎng)中的并網(wǎng)技術(shù)

智能電網(wǎng)建設(shè)的目的是使電網(wǎng)本身更加具有智慧,以應(yīng)對(duì)可再生能源入網(wǎng)和分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)安全的沖擊并滿足為實(shí)時(shí)電力平衡提供服務(wù)平臺(tái)的要求。智能電網(wǎng)中的并網(wǎng)技術(shù)是建設(shè)以太陽能、風(fēng)能、潮汐能等新能源聯(lián)合的形式,解決當(dāng)前中西部地區(qū)風(fēng)電、煤電、水電的并網(wǎng)問題。智能電網(wǎng)技術(shù)有機(jī)融合了高級(jí)傳感、通信、自動(dòng)控制等技術(shù),具有自我管理與恢復(fù)、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn),其快速發(fā)展為清潔能源的無縫并網(wǎng)提供了良好的技術(shù)保障。

2 智能電網(wǎng)中并網(wǎng)技術(shù)的重要性

當(dāng)前,在應(yīng)對(duì)國際金融危機(jī)的過程中,為搶占未來經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展制高點(diǎn),發(fā)達(dá)國家普遍加快了新能源、新材料、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、節(jié)能環(huán)保等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從能源供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)———電網(wǎng)的發(fā)展來說,大力推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè),已成為世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì) [ 1 ] 。

2.1 能有效減小輸送時(shí)所耗費(fèi)的能量

我國最重要的煤炭資源位于山西、內(nèi)蒙古、陜西、新疆等北部和西部地區(qū),但是煤炭消耗比較大的地區(qū)主要分布在中東部地區(qū)。隨著我國能源開發(fā)的加快前行,往西和往北移已經(jīng)是大勢(shì)所趨,如此一來就直接導(dǎo)致了大型煤炭能源基地與能源消費(fèi)地之間的輸送距離越來越遠(yuǎn)。東部地區(qū)受土地、環(huán)保、運(yùn)輸?shù)纫蛩氐闹萍s,已不適宜大規(guī)模發(fā)展燃煤電廠。要滿足未來持續(xù)增長的電力需求,從根本上解決煤電運(yùn)輸緊張頻繁反復(fù)出現(xiàn)等問題,促進(jìn)大型煤炭能源基地的集約化開發(fā),就必須采取智能并網(wǎng)技術(shù),發(fā)展特高壓電網(wǎng),實(shí)施電力的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率輸送,與大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發(fā)和利用一起,形成全國范圍的資源優(yōu)化配置格局。只有如此,才能夠顯著提高電網(wǎng)的輸送能力和運(yùn)行控制的靈活性,最大限度發(fā)揮電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的作用;能夠顯著提高發(fā)電設(shè)備的綜合利用效率,提高能源使用效率,促進(jìn)節(jié)能減排。

2.2 新能源并網(wǎng)技術(shù)能有效節(jié)能降耗

大力開發(fā)和利用新型清潔能源,減少大氣污染和溫室效應(yīng),已成為衡量一個(gè)國家可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)。當(dāng)前,我國也順應(yīng)時(shí)代的變化,適時(shí)提出了建設(shè)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的統(tǒng)一智能電網(wǎng),其重要意義和目的在于提高電網(wǎng)的運(yùn)行安全和效益。智能電網(wǎng)可以使新能源發(fā)電更方便地接入。大型的集中型并網(wǎng)電站,其系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)和監(jiān)控管理等較為完善,電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)與并網(wǎng)電站系統(tǒng)間的信息交換和調(diào)度管理,已具備智能電網(wǎng)的一些特征和基本要求。新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以大量分散應(yīng)用于配電網(wǎng)的終端用戶。同時(shí),啟動(dòng)新能源發(fā)電與智能電網(wǎng)并網(wǎng),無疑將極大地推動(dòng)太陽能光伏發(fā)電的商業(yè)化運(yùn)作,對(duì)于我國的節(jié)能降耗有著深遠(yuǎn)意義;同時(shí)還可以加快光伏企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、降低光伏發(fā)電成本,進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)太陽能光伏行業(yè)的發(fā)展[ 2 ] 。

2.3 促進(jìn)實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)建設(shè)與完善,提高電力市場(chǎng)效率

實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)并網(wǎng)愿望的必要條件之一;同時(shí),智能電網(wǎng)將為實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)提供完善的技術(shù)條件,必將促進(jìn)實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)的建設(shè)和完善。此外,智能電網(wǎng)中將采用超導(dǎo)、遠(yuǎn)距離多落點(diǎn)直流輸電、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,不僅最大限度地降低網(wǎng)損,而且可提高輸電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性,減少阻塞成本和其他交易成本;信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及智能電表的發(fā)展和應(yīng)用,使得發(fā)電商與電力用戶能夠?qū)崟r(shí)獲取電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)信息,發(fā)電商與電力用戶的互動(dòng)性和響應(yīng)的時(shí)效性增強(qiáng),電力市場(chǎng)流動(dòng)性和透明度將更高,效率也將更高。

3 如何發(fā)揮好智能電網(wǎng)中的并網(wǎng)技術(shù)

3.1 清潔電源的接入標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃方案

“電網(wǎng)接入”一直是新能源發(fā)展中的掣肘。目前,我國仍有1/ 3 的風(fēng)電裝機(jī)并網(wǎng)項(xiàng)目處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),其主要原因是由于風(fēng)電等清潔能源間歇性的特點(diǎn),必須通過實(shí)時(shí)、精確的發(fā)電和負(fù)荷預(yù)報(bào),需要一些特殊的協(xié)調(diào)控制方式才可能使其滿足并網(wǎng)運(yùn)行條件。因此,必須合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)清潔電源的安裝地點(diǎn)和容量, 分析風(fēng)電、光電、火電、水電等互相配合“捆綁輸出”,有效利用清潔能源和提高供電可靠性。同時(shí),加快制訂各類清潔電源并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),確保新能源發(fā)電及時(shí)上網(wǎng)[ 3 ] 。

3.2 發(fā)展光伏并網(wǎng)技術(shù)

光伏并網(wǎng)發(fā)電的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是可替代礦物燃料的消耗。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電增加了發(fā)電廠旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)備用或者是熱備用,因此,光伏并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際降耗比率應(yīng)該扣除旋轉(zhuǎn)備用或熱備用損失的能量。由于電力系統(tǒng)是作為一個(gè)整體來運(yùn)行的,光伏并網(wǎng)發(fā)電向電網(wǎng)輸送電力將侵害其他發(fā)電商的利益,這也是作為政策制定者需要考慮的問題。光伏發(fā)電帶來的減排效果是否應(yīng)該只考慮火電排放的二氧化硫和二氧化碳還有待研究,因?yàn)楫?dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí),電網(wǎng)公司也在考慮電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì),所以往往減少出力的不僅僅是火電廠,尤其是考慮旋轉(zhuǎn)備用時(shí),也不僅僅是水電廠來承擔(dān)旋轉(zhuǎn)備用的任務(wù)。

并網(wǎng)光伏逆變系統(tǒng)一般由光伏陣列、變換器和控制器組成,其中變換器可將光伏電池發(fā)出的電能逆變成正弦電流并入電網(wǎng),控制器主要控制光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤、以及逆變器并網(wǎng)電流的波形和功率,以便向電網(wǎng)轉(zhuǎn)送的功率與光伏陣列所發(fā)的最大功率電能相匹配。

其中,太陽能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源中最具有發(fā)展前途的方式之一,它可將光伏電池組件轉(zhuǎn)換的直流電經(jīng)逆變器逆變后向電網(wǎng)輸送能量,可在一定程度上能緩解能源緊張的問題,對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何污染。太陽能并網(wǎng)電站的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的工程,從設(shè)計(jì)到建成,從產(chǎn)品采購到調(diào)試運(yùn)行涉及光學(xué)、電氣、電子、通信、力學(xué)及材料等多個(gè)專業(yè),同時(shí)也需要多部門間很好的協(xié)調(diào)與配合。

3.3 研究大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)

中國正在大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等清潔能源,但是這些新能源都是不連續(xù)或間歇式的,小水電也受氣候的影響,雨天大發(fā)而旱天不發(fā)。這些電源都需要有儲(chǔ)能裝置與其配套。對(duì)于容量小的間歇式電源可以用蓄電池等裝置來存儲(chǔ),但對(duì)于大的間歇式電源就需要研制大型的儲(chǔ)能裝置。一種可能的方案是利用富余電能電解水產(chǎn)生氫和氧,當(dāng)需要能量時(shí)再通過燃料電池把氫和氧轉(zhuǎn)變成電能。目前,工業(yè)用的水電解器的效率在60 %～80 %之間,通過燃料電池產(chǎn)生電能的效率約在 45 %～65 %之間。燃料電池的技術(shù)目前還處于試驗(yàn)階段,所以還需要對(duì)這種方案作大量研究。

3.4 分布式電源并網(wǎng)保護(hù)

分布式電源的一次能源一般是氣體燃料,各種可再生能源;二次能源是分布在用戶側(cè)的冷、熱、電等。它將電力、熱力、制冷和蓄能技術(shù)相結(jié)合,直接滿足用戶對(duì)能量的需求,實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用,以提高能源的利用率,節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境。分布式電源以內(nèi)燃機(jī)為前端部分的冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng);以燃?xì)廨啓C(jī)或微型燃?xì)廨啓C(jī)為前端部分,以煙氣型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組為后端部分的分布式電源;以燃?xì)廨啓C(jī)為前端部分,以余熱鍋爐、熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組為后端部分的分布式電源;以燃料電池或生物質(zhì)能為前端部分的三聯(lián)供系統(tǒng)。分布式電源的構(gòu)造形式能提高熱電機(jī)組的利用率;發(fā)展熱能梯級(jí)利用技術(shù),熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣三聯(lián)供技術(shù),提高熱能綜合利用率。

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