智能電網(wǎng)及其在新能源發(fā)電中的應(yīng)用分析

劉濤 高傳杰 徐勇

【摘 要】新能源的推廣和應(yīng)用必然會對電網(wǎng)帶來一定的影響，因為風(fēng)能、太陽能等的綠色能源通常具有一定的隨機(jī)性和間歇性，這使得電網(wǎng)運行控制的難度出現(xiàn)了大幅度的提高，同時也影響到電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定。在這樣的情況下，必須構(gòu)建智能電網(wǎng)，為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；新能源發(fā)電；應(yīng)用分析

1智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足 21 世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的區(qū)別：行業(yè)內(nèi)部許多學(xué)者在之前都進(jìn)行過對它的目標(biāo)以及性能的總結(jié)及歸納，一般情況按方式表述：（1）完成電網(wǎng)的保險運行；（2）實現(xiàn)電網(wǎng)的安全運行；（3）實現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運行；（4）對環(huán)境的友好。智能電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)的根本不同表現(xiàn)在微電源點，其供給側(cè)的大多數(shù)來源于分布式，但是其需求側(cè)，卻處于價格準(zhǔn)則和需求限制中產(chǎn)生的負(fù)荷態(tài)勢。日前，作為一項新興事物“智能電網(wǎng)”仍處在分析和探討階段，業(yè)內(nèi)專家對它的概念、內(nèi)涵、性能等也會有各種理解和觀點，相關(guān)的統(tǒng)一規(guī)劃也沒有從國家層面給出，然而因為它早已為我國電網(wǎng)提供了以自動化、信息化、互動化、數(shù)字化為特點的發(fā)展趨勢。雖然截至目前大家對智能電網(wǎng)還沒形成一致的定義，但以智能電網(wǎng)共識為基礎(chǔ)的是：智能電網(wǎng)能夠改良電力客戶峰荷時期的電耗量，可以完成“分布式”電源實現(xiàn)隨插隨用，“并網(wǎng)運行”的方式，進(jìn)一步達(dá)成節(jié)越能源，減少排放的目標(biāo)。智能電網(wǎng)定能在以往的電力網(wǎng)絡(luò)中得以運用時代尖端的數(shù)字化、信息化技術(shù)，所以，智能電網(wǎng)還是當(dāng)今“輸配”電網(wǎng)被智能化升級后的產(chǎn)品，它以更深層次的改善運行系統(tǒng)，加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性為目的，被用以處理“分布式”電源并網(wǎng)運行而造成的負(fù)面效應(yīng)。智能電網(wǎng)由信息集成，數(shù)據(jù)采集，分析優(yōu)化，數(shù)據(jù)傳輸及信息展現(xiàn) 5 個部分組成。

2智能電網(wǎng)在新能源發(fā)電中的具體應(yīng)用分析

2.1利用智能電網(wǎng)提高新能源發(fā)電的穩(wěn)定性

電力用戶的用電需求具有較強(qiáng)的波動性，這就需要采取一定的措施來維持這種平衡。在新能源發(fā)電受資源約束背景下，氣候和天氣因素的影響十分顯著，因此出力的控制難度較高。在這樣的情況下，可以采用備用儲能裝置，一方面實現(xiàn)對新能源發(fā)電自身出力進(jìn)行有效控制，利用儲能元件對機(jī)組的出力曲線進(jìn)行調(diào)整，最大程度的減少出力變化對電網(wǎng)運行的負(fù)面影響。另一方面，在電力充沛的情況下，可以對多余的電能進(jìn)行儲備，以更好的應(yīng)付負(fù)荷高峰期。現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的儲能裝置，根據(jù)轉(zhuǎn)化能源類型的不同，可以分為機(jī)械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能等幾種類型。

2.2利用智能電網(wǎng)提高新能源發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性

通過我國新能源分布以及負(fù)荷需求狀況比對分析來看，二者呈現(xiàn)出逆向分布的特征，因此需要通過遠(yuǎn)距離輸電將新能源發(fā)電電能輸送到負(fù)荷需求區(qū)，在此過程中產(chǎn)生的損耗不容小覷。對此，可以結(jié)合間歇性新能源出力具有的隨機(jī)性和波動性的特點，有針對性的制定相應(yīng)的輸電規(guī)劃，在保障電力系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)上，科學(xué)設(shè)置供電距離和接入電壓等級，將相似電源特性的電站“打捆”后集中外送，能夠提高經(jīng)濟(jì)性能。此外還需注意的是，要對不同種類新能源以及新能源和常規(guī)能源的配比進(jìn)行合理的設(shè)置，同時對大規(guī)模新能源的送端電源結(jié)構(gòu)和布局進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以降低間歇性新能源的出力波動，提高傳輸通道的利用率。

3智能電網(wǎng)及其在新能源發(fā)電中的應(yīng)用策略

3.1確定電網(wǎng)規(guī)劃的基本思路

以新能源消納為基礎(chǔ)的電網(wǎng)規(guī)劃思路需立足于以下三點。其一，系統(tǒng)可確保新能源的消納比例。通常情況下，新能源在實際運用的過程中，投資成本極高，所以需確保新能源能夠在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行發(fā)電，以此來保證投入成本能夠取得良好的收益。簡而言之，需找到運用新能源的平衡盈虧點，進(jìn)而讓新能源具備良好的利潤空間。其二，系統(tǒng)在合理對新能源進(jìn)行小時數(shù)運用的基礎(chǔ)上，需建立運行的最佳格局，以此來防止新能源在具體消納過程產(chǎn)生切負(fù)荷的升高，或?qū)е鲁Ｒ?guī)機(jī)組受到限制和線路過載等問題。并且，線路過載以及頻繁調(diào)節(jié)會使得消納成本變高，所以在消納新能源的過程中須確保其處在系統(tǒng)安全范圍當(dāng)中。其三，如果系統(tǒng)沒有滿足上述要求，那么就須重新辨識新能源消納的相關(guān)影響因素。以此三點均為新能源消納在電網(wǎng)規(guī)劃中集中性思路的體現(xiàn)。同時，在對電網(wǎng)進(jìn)行具體規(guī)劃的過程中，須充分考慮能夠?qū)π履茉聪{產(chǎn)生影響的相關(guān)因素，以此來推動電網(wǎng)建設(shè)穩(wěn)定、安全的進(jìn)行。

3.2提升新能源調(diào)峰能力

通過新能源的利用能夠大幅度的降低對資源的消耗，具有非常明顯的節(jié)能減排的效果；還能夠避免傳統(tǒng)的發(fā)電過程對環(huán)境產(chǎn)生的嚴(yán)重的污染情況；能源的開發(fā)和發(fā)展還能夠有效的降低發(fā)電成本，降低燃料運輸以及電力傳輸?shù)某杀?，解決傳統(tǒng)輸電的負(fù)載輕、線損大、距離遠(yuǎn)等問題；在滿足用戶多方面需求的同時還能夠緩解城市供電壓力，可以說新能源的發(fā)展和應(yīng)用是電網(wǎng)發(fā)展的一項重要的舉措。但是因為目前新能源的發(fā)展和利用還處于初級階段，很多方面還存在不穩(wěn)定的因素，會導(dǎo)致電網(wǎng)規(guī)劃存在很大不確定性，自動化系統(tǒng)、保護(hù)裝置等相關(guān)規(guī)劃都必須進(jìn)行一定的改變，從而對新形勢下的需求進(jìn)行滿足。風(fēng)力發(fā)電的主要特點是間歇性和隨機(jī)性，如果將規(guī)模較大的風(fēng)電接入到電網(wǎng)中會導(dǎo)致電網(wǎng)等效負(fù)荷峰谷差變大，存在十分明顯的反調(diào)節(jié)特點，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的調(diào)峰難度大幅度增加。如某地區(qū)電網(wǎng)火電樁基容量大約是287萬千瓦，風(fēng)電裝機(jī)容量大約是300萬千瓦，該地消納電力負(fù)荷8990萬千瓦，500千伏主網(wǎng)外送能力是350萬千瓦，電網(wǎng)消納和送出能力與發(fā)電量不能夠?qū)崿F(xiàn)平衡，會導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的棄風(fēng)現(xiàn)象，進(jìn)而給新能源發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)劃帶來很大的困難。面對新能源發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)劃之間的銜接不協(xié)調(diào)，對新能源進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)必須需要對市場消納和電力需求方案進(jìn)行統(tǒng)籌，充分的利用電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)，確保設(shè)計規(guī)劃的科學(xué)性和合理性。

3.3完善和創(chuàng)新新能源發(fā)電設(shè)備與技術(shù)

設(shè)備與技術(shù)是新能源發(fā)電和接入電網(wǎng)的基礎(chǔ)保障和重要條件，電力企業(yè)要及時添置質(zhì)量可靠、數(shù)量達(dá)標(biāo)的設(shè)備，以更好地滿足大規(guī)模新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的需求，使新能源接入電網(wǎng)后，能平穩(wěn)、可靠地運行。要進(jìn)一步加強(qiáng)風(fēng)電場等新能源運行評價指標(biāo)體系建設(shè)，使指標(biāo)體系能全面反映風(fēng)電自然特性，與負(fù)荷達(dá)到完好匹配，并能與其他能源協(xié)調(diào)，最終實現(xiàn)并網(wǎng)安全、發(fā)電可靠等目標(biāo)。除了設(shè)備與技術(shù)創(chuàng)新外，還要采用如下方法推進(jìn)新能源的開發(fā)利用：一是大用戶直供法，新能源的接入會影響傳統(tǒng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量、運行穩(wěn)定性等，為更好地降低新能源接入對電網(wǎng)的影響，可以采用大用戶直供法來實現(xiàn)新能源消納；二是充分運用風(fēng)光互補(bǔ)特性，根據(jù)小同新能源的時問特性和季節(jié)特性，靈活進(jìn)行互補(bǔ)利用，以促進(jìn)風(fēng)、光等新能源得到更加深度的開發(fā)與應(yīng)用；三是自發(fā)自用、就地消納，如果當(dāng)?shù)氐耐馑碗娏νǖ肋€不健全和完善，就要盡可能地直接對新能源電力進(jìn)行就地消納，將傳統(tǒng)電網(wǎng)作為備用和補(bǔ)充，只在新能源發(fā)電量不足時進(jìn)行應(yīng)用，這樣就可以減少額外建設(shè)電力輸送裝置的投資，縮減投資成本。

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（作者單位：國網(wǎng)鞍山供電公司）