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    新能源和智能電網融合是大趨勢

    編輯:昆明奧巴特爾自動化設備有限公司  字號:
    摘要:新能源和智能電網融合是大趨勢
    氣候變暖、能源短缺是迄今人類所遇到的最大范圍的公共危機,向低碳綠色經濟轉型已經成為世界經濟發展的大趨勢,節能減排、綠色能源、可持續發展等課題逐漸成為各國關注的焦點。各國政府已開始認識到智能電網在促進開發低碳技術方面的重要意義,越來越把智能電網建設當作一項戰略性基礎設施投資。

    為了卓有成效的推進新能源和智能電網的技術融合與產業發展,10月21日上海市松江區經濟委員會與上海市新能源協會聯合寧波興諾創業投資有限公司在上海智能電網產業基地,組織有關專家學者,政府管理部門領導,行業科研機構行家,產業界精英,行業協會領導,特別是邀請從事新能源和智能電網技術融合并取得突破性創新進展的技術專家,共同召開了“新能源和智能電網技術與實踐研討會”。

    與會人員普遍認為,提高能源效率和可再生能源使用效率、減少溫室氣體排放,是未來電網發展的必然趨勢,并針對目前各國提出各種智能電網概念和規劃進行了研討,大家一致認為一個可以融合分布式可再生能源的智能電網是國家能源戰略的方向,是改革能源布局的必由之路。

    智能電網的發展目標是建設節能、環保、高效、可靠、穩定的現代化電網,其核心內容之一是解決分布式能源中各種新能源發電的接入和有效調配以及安全、可靠、穩定運行問題。

    解決智能電網與分布式能源的融合問題,是擺在全世界電力行業的一個“心病”。這是因為風能和太陽能光伏等可再生新能源發電存在不穩定、可調度性低、接入電網技術性能差和對電網諧波管理的影響等一系列問題有待解決;對此世界各國都非常關注,提出了不少問題的設想,雖然各有不同,但是,都認識到以分散方式構建組成微網并接入配電網就地平衡,加強用戶側互動與管理,可推進分布式電源利用,促進智能住宅的發展,加速智能電網和互動服務體系建設。

    可以說,未來智能電網的重要角色之一的終端用戶,是指在新型電力市場中,以利用風能發電、太陽能發電等分布式電源為目的的單一電網用戶者。其追求的目標是將自有的發電設備容量在幾百瓦至幾百千瓦之間,單機容量在100 千瓦以下,自發自用,多余電量自行調配出售或出售給電網,在配電網低壓側(或用戶側)自行組網或并網,由智能控制器自動控制組網或并網條件,當滿足組網或并網條件時自動組網或并網,反之,則隨時脫網。對于發電設備容量在幾百瓦至幾千瓦之間的家庭用戶,可通過220V插座“即插即得”。

    在我國,國家電網公司談的堅強智能電網,更多的是指如何全國電網一盤棋,建設它的高壓、超高壓輸電網絡,讓它的輸電網絡更加優化,特別是跨區域資源的整合,堅強的電源骨干網架是任何模式的智能電網所必須具備的安全支撐基礎框架,智能的能源信息框架及控制調配分析決策模型是實現智能電網技術的載體,特別是靈活接入分布式可再生能源將是實現智能電網的巔峰時代。

    不過,我國智能電網目前在以利用太陽能發電等分布式電源發電的接入問題和應用推廣方面遇到巨大的壓力和挑戰。

    以太陽能發電為例,從技術與市場模式上看,目前有兩種作法,一是并網發電、賣給電力公司,這就需要蓄電——變電——輸電,進電網后還要二次變電和經過配電后供給用戶;這一過程投資增加了約30%,資源消耗了近30%。本身昂貴的太陽能發電系統(大約30-40 元人民幣/瓦的投資)一年的發電回報僅一元多人民幣(按1 元/度計),回報率僅為2.5%~3%。由于有政府的巨額補貼,每瓦我國補貼約20元(或投資額的50%~70%),以及收購電價的補貼每度1.5~2.5 元人民幣,使得投資者有10%~15%的回報。但是,政府的負擔巨大,一次補貼每瓦約20 元,而日后電價補貼更不可小視,每一瓦每年還要2~4 元電價,《規劃》提出到2020 年太陽能發電180 萬千瓦。以此計算國家要承擔一次補貼為3600億元,而每年還要承擔電價補貼約為360 億元。不過這只是美國太陽能屋頂計劃發電能力的三分之一;相當于日本2007 年的太陽能發電能力。

    另一種方式,就是孤島形式,一戶一系統,自裝自用,國家給予一次性補貼,——我國對邊遠地區(鄉村)采用此方式,此方式難以擺脫靠天發電,靠天用電的限制,為了改善應用效果,只有加大投資,增大太陽能發電設備,增加蓄電池容量,這樣的結果是好天時浪費,壞天氣又不夠用,而且,用電大時不夠用,不用電時還需要放電(家庭外出旅游一周就出現此狀況),對用戶用電來說沒有保證。

    由于系統發電不僅太少,對于孤島方式而言又不可能組網或并網實現共享或互補,其使用質量和效率大打折扣。

    從深層次上看,太陽能發電板(目前大多是晶硅材料),材料制作過程是高耗電的,要其5~7 年的發電才能抵償,國家扶植進行投資補貼也是雙刃劍,一方面從戰略上講是儲存了資源,將煤電儲存在太陽能電池板上;另一方面,在電網技術與條件不具備時,分布式電能應用模式在需要大量輸血,才能維持生存的狀況下,無疑造成巨大的投資浪費和資源耗損,其規模和程度也是驚人的。

    因此,全球專家雖然沒有一個共同的結論,但是共同認識到,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。同時,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,問題十分突出。由此可以看出,分布式能源的技術與市場的重要方向就是建立既獨立又可以控制的微網并與智能電網相融合。

    對此,我國工程技術人員進行了不懈的努力和創新,其中由專利發明人、資深工程技術專家周錫衛高級工程師提出的“混合電力智能調配技術”,正是微網研發實踐的典范實例。此次在上海召開的“新能源和智能電網技術與實踐研討會”上發布的混合電力智能配電系統,從技術上和實踐上都很好地實現了多能源電力輸入,多電源電力輸出,智能化節點,數字化互連,節點間自由互連,資源自動調配與共享,自動構建形成微網且可多微網互連、互通;也可以作為電網單一可控的獨立用戶系統很好的與大電網相連,解決了分布式能源接入電網的難題,實現電能互補,增強大電網和微網兩個方面的性能魯棒性及改善黑啟動能力。

    混合電力智能調配技術的實踐,采用了先進的多傳感和雙向監測與計量技術、先進的電子電力模塊技術、先進的多智能體自動控制方法、獨到的“時段關系”路徑接續法等先進的技術和方法,實現自由組網以及先進的智能決策與調配模型與支持系統技術,從而構成安全、高效、環保的微網?;旌想娏χ悄苷{配技術的系統方案,突破現有的電力市場的供電模式,相對于目前在全球走紅的智能電網的主導技術方案而言,是真正實現用戶側雙向交互管理的解決方案,徹底改觀了基于智能電表的智能電網給予用戶有限信息,特別是用戶始終處于被動交互模式。使用戶能夠自由組網,即插即用,自主買電、自主賣電;用戶有機會在電力市場上從被動轉向主動,從單向轉為雙向,找回平等互惠的用戶尊嚴。

    科研人員根據研究與實踐的初步測算,利用混合電力智能調配技術構成的微網,相對于并網方式其投資可以節省約30%,綜合效率可以提高約30%,因此,投資效益相對于并網方式可以提高一倍以上?;谖⒕W形式的用戶級混合電力智能配電系統,在無需政府補貼電價的情況下,參照階梯電價的計算方法進行測算,年收益達到8%以上。使得太陽能發電在政府每年不支付電價補貼即不“輸血”的情況下依然能夠生存。

    由于基于微網形式的用戶級混合電力智能配電系統可以方便地組成微網,并可以作為電網單一可控的獨立用戶系統很好的與大電網相連,解決了用戶側發電供電和組網并網的接入難題,降低了投資和并網的門檻,使民營資本乃至百姓資本易于進入新能源電力市場,將有利于加快新能源和智能電網的建設與發展。

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