21世紀我國智能電網的發展脈絡
2010-9-8 12:14:00 來源:網絡 編輯:56885 關注度:摘要:... ...
智能電網是一個新趨勢,也是一個新概念。目前,我國的很多科研單位和企業已經開始了智能電網的研究和開發。
面對國內火熱的智能電網開發局面,天津大學余貽鑫院士認為,智能電網不是一個單純的技術問題,它涉及許多基本理念,而國內目前在智能電網認識上的混亂恰恰發生在這些基本理念上。本文試圖在基本理念層面厘清我國智能電網發展脈絡。
智能電網是自動的和廣泛分布的能量交換網絡,它具有電力和信息雙向流動的特點,同時能夠監測從發電廠到用戶電器之間的所有元件。智能電網將分布式計算和提供實時信息的通信的優越性用于電網,并使之能夠維持設備層面上即時的供需平衡。
目前,以美國為首的西方國家正對智能電網的研究加大投入力度,在我國,相關研究和布局也已經啟動。
但是,智能電網程序性的和技術性的挑戰是巨大的。為推進智能電網,需要長期持續的研發,需要出臺旨在激勵智能電網的法規,并通過開放式的方式建立國家標準和鼓勵眾多相關產業積極參與。
智能電網的原動力
實施智能電網的原動力主要有五點,其中前四點是電網視角的思考,最后一點是出于國家經濟和產業發展視角的思考。
1)實現大系統的安全穩定運行,降低大規模停電風險。
近年來世界上大面積連鎖停電頻繁發生,損失巨大。如2003年美國東北地區大停電所造成的經濟損失約60億美元,充分暴露了基于傳統電網的脆弱性。一般認為,提高系統的全局可視化程度和預警能力,以及實現自愈,是增強電網的可靠性和避免因事故引起系統崩潰的關鍵。進而考慮到復雜大電網對自然災害和人為惡意攻擊的脆弱性,未來的電網會成為更魯棒的——自治的和自適應的基礎設施,能夠通過自愈的響應減小停電范圍和快速恢復供電。
2)分布式電源的大量接入和充分利用。
目前,世界上許多國家已把發展可再生能源技術提升到國家戰略的高度。美國總統奧巴馬更認為,“引領世界創造清潔能源經濟的國家將引領21世紀的全球經濟”。
分布式發電是靠近負荷端的小規模電力發電技術,它能夠降低成本、提高可靠性。在可再生的清潔能源中,太陽能和風能由于其在地理上天然是分布式的,因此分布式的太陽能和風能的發電技術受到廣泛的重視。
屬于分布式電源的還有小型、微型燃氣輪機(如冷熱電聯產系統,CHP),以及小規模儲能和下邊將介紹的需求響應等。未來的幾萬千瓦的微型核電也在視野當中。
隨著技術的進步,可預見未來的電網會逐漸擺脫過去單一集中式發電的模式,而轉向分布式發電輔助集中式發電的模式。如丹麥的電網在上世紀80年代中期還是一個集中式的系統,而今天則成了更為分散的系統。(見圖1)
圖1 丹麥發電行業在過去二十幾年的演變(來源:丹麥能源局)
當大量的分布式電源集成到大電網中時,多數是直接接入各級配電網,使得電網自上而下都成了支路上潮流可雙向流動的電力交換系統,但現時的配電網絡是按單向潮流設計,不具備有效集成大量分布式電源的技術潛能。從而難以處理分布式電源的不確定性和間歇性,難以確保電網的可靠性和安全問題。
3)峰荷問題和需求側管理。
由于現時還沒有經濟有效的大容量能量存儲手段,致使電的發生和消費必須隨時保持平衡。而電力負荷是隨時間而變化的,為滿足供需平衡,電力設施必須根據全年的峰荷來規劃和建造。
但由于系統處于峰荷附近的時間每年很短,所以電力資產利用率低下。美國現實電網資產的利用系數約為55%,而發電資產利用率也不高。其中占整個電網總資產75%的配電網資產的利用率更低,年平均載荷率僅約44%,浪費了大量的固定資產投入。