相辅相成:智能电网如何推动光伏风电消纳

wanna 2015-10-26 来源: 一点资讯

OFweek太阳能光伏网讯:毋庸置疑,未来的能源体系肯定是可再生能源主导的。届时,可再生能源发电是主要模式,电能在终端能源中的比重将上升。

中国科学院电工研究所所长肖立业在第十二届中国电气工业发展高峰论坛上对记者表示,理想的电网能够将广域范围的各种变幻莫测的电力资源转变成满足变幻莫测的电力需求所需要的资源,并保障电网安全可靠。因此,可以把智能电网看成是一个“能源计算网络”,用户从能源计算网络中获取可靠的电力。

肖立业认为,未来,智能电网关键技术的发展方向是可再生能源时空互补性、直流电网技术、超导与新材料技术的应用、信息技术的运用与智能微网技术。

整合时空互补性

时下,能源互联网是一个火热的议题。

而智能电网与能源互联网主要是可再生能源与信息的融合,即通过可再生能源发电及电网和信息的融合,通过热转化及热力网方式与信息的融合,通过转化成氢、合成燃料等与电网、热力网及信息的融合,通过市场与信息融合。

众所周知,可再生能源输出功率依赖于天气,随机性强,具有间隙性和波动性。而电力系统是一个复杂的动态过程,需维持供电和用电的实时平衡,保证系统的安全稳定性。这就形成了一对矛盾。

目前,我国智能电网面临的挑战之一是有功功率实时平衡,挑战之二是发电资源和负荷地理分布不均衡。因此,构建广域电网仍将是我国智能电网发展的必然趋势。

合理利用广域可再生能源时空互补性可以实现能源网跨地理区域资源优化配置,同时能有助于改善电网有功功率的瞬态平衡问题,提高电网运行经济性和稳定性。

例如,中国科学院电工研究所此前开展的“我国广域风能时空互补性调查研究”结果显示,较单个站点,广域风能时空互补后,功率满发或为零的情况较少,总输出功率波动明显减缓。所有区域互补后,广域风能输出功率呈现“日高夜低”的波动特性,发电功率峰值出现在下午15:00左右,与负荷波动曲线呈一定相似性。在夏季,其功率与华东电网负荷的相关系数达0.601。

各区域内风能互补后,其1分钟时间尺度输出功率波动率相比单个站点下降48.8%、74.7%,10分钟尺度风电功率波动下降56.6%、69.1%,已满足或非常接近国家电网对接入风电波动率的要求。广域风能时空互补后,无需配置储能或者配置很少容量的储能便能满足现行我国风电的并网要求。

时空互补对未来可再生能源规模化利用将产生重大影响。如,节约区域线路传输容量,解决风电远送;同一电网,可再生能源可渗透率增大;电网内旋转备用容量需求减少;解决“三北”电网调峰难、弃风过多的现象;功率输出更加稳定、预测精度提高。

未来,广域可再生能源的时空互补技术的发展方向包括:未来可再生能源输电网结构的构建;包含可再生能源电网的运行方式;大电网不同时间尺度下储能需求评估,跨区域多端直流输电线路容量优化。风光互补、风水互补解决“三北地区”弃风过多的问题。风光、风水、风光水打捆直流外送电力。多层次直流环网。

未来配电网应能有效整合各种资源的时空互补性,可再生能源燃料、生物质能、水电均是可调度能源,规模较大。因此,肖立业认为,完善的输配电网也许并不需要大规模储能系统,储能系统将可能仅限于微网层面以保障用户供电可靠性和实现需求侧响应。

电气设备的重要意义

肖立业指出:“改变电网的结构和运行模式、提升电气设备的性能和研制新型电气设备,对于解决电网的问题非常关键。特别是,基于新材料的新型电气设备和具有自适应功能的电气设备,对于未来电网发展具有重要意义。”

在肖立业看来,未来,电网运行模式将逐步向直流转变。因为直流输电网不存在交流输电网的稳定性问题,适合于构建超大规模电力网络,特别适合于不稳间歇性、不稳定性电源的规模化接入,电网的运行与电源动态特性无关,可更加方便接入不同类型的电源。直流输电距离远,单位输送功率造价低,网络损耗相对小,另一极发生故障时可单极运行,对环境无电磁干扰,控制灵活等。

 

国内外同行也有这样的共识。2010年,中科院电工所首次提出分层直流环网的结构模式以构建国家新能源电网。2012年,中国科学院咨询项目“能源革命中电网技术发展预测和对策研究”报告中,针对未来电网的发展趋势指出:“未来电网的发展将受到新能源电力发展和智能化技术发展的作用,对未来电网发展模式影响最大的三项先进技术是多端直流输电技术、超导输电技术和储能技术。”2013年4月,美国麻省理工学院公布了未来可能改变世界的十大科学技术,直流电超级电网就是其中一项。

电气设备是智能电网的重要组成部分,而材料是构造电气设备的物质基础,电气设备的功能特点在某种程度上是由材料的性质决定的。因此,采用新材料提升电气设备的性能对于智能电网的发展非常重要。

绿色环保的新型材料在电网中应用能够有效降低电力建设对于环境的破坏;新型半导体材料能够提升电力电子器件的性能,推动电力电子技术的进步与发展;新型节能材料应用于输变电工程能够有效降低能量传输损耗并能产生长远的经济效益;新型能源材料能够促进电网用大容量储能技术的发展;新型智能材料在电网中的应用能够提高电网的传感检测水平;新型电工绝缘材料能够为保证电网的安全性提供必要的支撑。

聚合智能微网

无论能源互联网是一种什么概念,智能微网都是其中最重要的构成单元。通过用户-能源-电网区域范围聚合智能微网,构成能源互联网,解决了大量分散资源参与的机制和运行问题,激发更多商业模式。

针对规模化推广分布式能源,尤其是高比例分布式可再生能源接入的系列问题,未来以智能微网为基础构建能源互联网将是发展方向。主要包括信息融合、能源融合和网架。信息融合是指通过信息-设备-网络的广域融合,实现信息的扩展、融合、分析和挖掘,提供更多感知信息和决策;能源融合是通过多种能源相互补充和转化,发挥不同供用能系统间的互动和转化能力,并充分利用电能需求、天然气需求、供热需求间的峰谷交错,既能改善可再生能源间歇性和随机性的缺陷,也有利于提高能源综合利用效率,增强运行灵活性和互动能力;网架是指通过基于多端直流的能量路由器互联,将垂直网络扁平化,释放网络更大的能源接入潜力和互动能力。

肖立业指出,未来智能微网的关键技术及发展方向是支撑区域智慧能源互动的信息技术与系统、基于能量路由互联的供能网络相关技术和能源互联网下的互动、控制与管理。

目前,信息-能源-设备-电网从信息上仍然存在割裂,整个能源互联网系统中的信息孤岛依然存在,需要信息-能源-设备-电网的融合;分布式能源和微网在生产过程和用户用电过程中,信息不仅不完整且缺乏关联和挖掘,阻碍其更加高效地融入系统并提供辅助服务。

支撑区域智慧能源互动的信息技术与系统的关键技术包括分布式能源信息、电网生产管理信息、地理气象信息的多源异构数据融合,系统状态、运行、资产、维护等多维数据挖掘与分析技术,信息物理融合的计算、感知、控制、风险预警与预防技术,能效管理与辅助决策。

交流网络难以做到同一层相互连接,采用基于多端直流的能量路由器将能够在同一层可挖地相互连通,转移能量,释放网络更大的能源接入潜力和互动能力。不仅在电网上打破结构限制,并且在能源网络上实现多能源间的互联互济。

基于能量路由互联的供能网络的关键技术包括多能耦合能源互联的建模和计算分析,能源互联微网群的系统网架与规划技术,能量路由器等关键设备技术,大规模微网互联网络的稳定控制与运行决策技术。

用户/分布式能源具有生产者属性,不仅需要主动配电网对分布式能源进行主动控制和管理,也需要用户/分布式能源/微网等主动参与需求响应;大量信息数据和区域较大范围聚合意味着变量大幅增加,目前控制和优化模型均为简化模型,且难以保证最优。

能源互联网下的互动、控制与管理的主要关键技术包括电力改革下微网与电网间互动机制、业务架构及仿真关键技术,微网群参与辅助服务的聚合优化和控制,复杂互动环境下全局优化方法。

伴随其清洁、高效、绿色用电的需求也日益增长,用户侧的电动汽车充电站、分布式储能、热电联产、可再生能源等多类型新型用户和能源有大量的接入需求。

微网群互联和互动构成的能源互联网将在满足高度供电可靠性和高效率的前提下,为用户侧各类型用电设备和分布式能源提供良好的接入环境,并能够充分利用用户侧资源,使电网和用户共同受益。

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