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能源转型,等于智能电网+特高压电网+清洁能源

供稿:中国工控网 2016/4/28 10:04:33

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当今,能源短缺,环境污染,气侯变化已成为人类社会面临的共同难题。因此,一场以转变能源生产、消费方式,推动科技革命、体制改革,实现国际合作为内容的能源革命正在兴起。这需要进一步发展新能源,同时实现传统能源的清洁、高效利用。


能源转型需构建以新能源为主体的电力系统


目前,可用的新能源主要有风能、太阳能、地热能、海洋能、核能等。与此同时,世界各国还在不断地寻求更多的新能源。1968年,美国科学家彼得?格拉赛(PeterGlaser)提出建造空间太阳能电站。他认为,在地球静止轨道上部署一条宽度为1000米的太阳能电池阵环带,假定其转换效率为100%,那么它在一年中接受到的太阳辐射通量接近于地球上已知可开采石油储量所包含的能量总和。近50年来,美国、日本、俄罗斯等国都在积极探索研究太阳能太空电站,我国这些年也在跟踪这方面的新技术。


在核能技术利用方面,欧盟一直支持核能的持续发展。2015年,美国和中国成功地进行了第一代核聚变装置的放电实验。这项技术的成功,在一定程度上为解决未来能源问题提供了可能。


近年来,我国在能源转型方面加快了行动步伐。一方面,发展以煤电为代表的传统能源的高效、超净发电技术,另一方面,促进以互联网+为特征的新能源发展。目前,我国的能源转型已经落实为实在的行动计划。


绿色低碳战略明确提出,到2020年,我国的非化石能源占一次能源消费比重将达到15%,天然气比重达到10%以上,煤炭消费比重控制在62%以内。而中美气候变化联合声明也提出,中国计划在2030年左右二氧化碳排放达到峰值。此外,还有火电“50355”改造,以及国家发改委、环境保护部、国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级与改在行动计划》


2015年2月,我国风电累计并网容量首次突破1亿千瓦,成为世界上第一个风电达到1亿千瓦的国家,连续三年并网风电领跑全球。截至2015年年底,我国并网风电累计装机容量达到1.29亿千瓦,同比增长34.2%,占全部发电装机容量的8.6%。


然而,能源的变革和转型并非一帆风顺。我国的风能、太阳能发展也遇到了瓶颈,即消纳难的问题。2015年,全国平均弃风率达15%,有些地区甚至高达30%。如果这一问题得不到解决,新能源的发展就无法持续。


如何解决新能源消纳难的问题?电能最大的特征是电荷不易大规模存储。储能作为一项重要的技术,在一定程度上能够解决电荷存储的问题,但目前的储能技术还无法实现电荷大容量、大功率的存储。因此,电力系统需要用动态的思维来考虑和解决这一问题。

传统电力系统是通过发电侧功率的变更,来满足用电侧随机波动的需求,从而维持能源的平衡和电力系统的安全稳定。传统发电具有“一次能源可储、二次能源可控”的特性。然而,对于包括风能、太阳能在内的新能源来说,无论是集中式还是分布式,最大的特征是具有间歇性、波动性及随机性。新能源与传统能源最大的区别是“一次能源不可储、二次能源不可控”。随着新能源比例越来越高,电力系统不仅需要应对随机波动的负荷需求,还要接纳不确定的电源接入,这就要求新能源作为一次能源必须实现可储,其发出的二次能源必须实现约束可控。因此,随着新能源逐渐成为电力系统的主体,电力系统需要在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间实现能量的供需平衡,而电力系统的结构形态、运行控制方式以及规划建设与管理也将发生根本性变革,由此形成了以新能源电力生产、传输、消费为主体的新一代电力系统,即新能源电力系统。


新技术发展推动传统电力系统向新能源电力系统演变


新能源电力系统从现有的、运行了一百多年的电力系统过渡而来,这是一个逐渐演变的过程。在新能源电力系统中,电源侧、电网侧、负荷侧需要从大系统的理论和观点来进行统一考量。首先,在电源侧,包括火电在内的传统能源,以及包括风电、太阳能在内的新能源,都应该与电网保持友好。在今后较长的一段历史时期,将是传统化石能源与新能源共同使用的“混合能源时代”。以煤电为代表的传统电源将转换角色,由过去单纯的电源转变为可以与新能源进行调节、匹配及互补的电源。传统电源需要提高可调度性和电网友好性,从而提升调峰能力,以此来平抑风力发电、太阳能发电的随机波动性。因此,传统电源的弹性运行将是解决未来我国消纳大规模清洁能源的根本途径。


我国目前建设了数量较多的超超临界机组。然而,据统计大部分超超临界机组在实际运行中,75%的时间处于亚临界运行。因此,在我国火电运行小时数普遍下降的情况下,应当新建和改建一批火电调峰机组,其中60万~100万千瓦的超超临界机组可进行基荷运行,30万~60万千瓦的机组可进行弹性运行,30万千瓦及以下机组则通过改造实现循环启停。这样一来,火力发电系统将成为成体系的调峰机组系统。因此,国家对新能源发电补贴应逐渐转变为对调峰电源(含储能电源)的补贴。


其次,在电网侧,我国的特高压技术实现了大容量、远距离、高效率的输送,解决了能源分布不均衡这个重大问题。


最后,在负荷侧,需要形成新型用电方式、建立供需系统机制。这需要通过技术手段、市场手段、价格手段来引导用户转变用电方式,让他们主动参与到电网友好型的互动中,从而实现新能源电力系统的供需平衡。以可平移负荷资源利用和储能装置为例,电动汽车是典型的集成储能装置,具有交通工具和储能电池的双重属性,既可以从电网受电,也可以向电网配电,能在电网运行中发挥巨大的调节作用,促进新能源消纳。按照2020年规划,我国的电动汽车将达到500万辆,如果每辆电动汽车能提供充放电功率7千瓦,那么,500万辆电动汽车将是一个巨大的移动储能电站,能够为电网提供7000万千瓦调节容量,这相当于我国电网当前总装机容量的5%。包括微电网在内,所有复杂的电网结构都离不开智能的调度和控制,唯有此才能实现区域内的电力平衡。


随着电源侧、电网侧、负荷侧各项新技术的共同发展,传统电力系统将逐步向新能源电力系统演变和迈进。未来,当非化石能源比重达到60%时,新能源将成为主导能源。这时,新能源电力系统能够实现新能源技术和信息技术的高度融合,可以借助多源互补、源网荷协同等手段,实现电力生产、传输、供应与消费的网络化、信息化与智能化。新能源电力系统不仅能够适应可再生能源间歇性、随机波动性特性,还能满足电能用户安全、便捷、可靠的用电需求。

 


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