大規(guī)模新能源電力安全高效利用基礎(chǔ)問題

孫利群

中國大唐集團(tuán)新能源股份有限公司 北京 100000

電力是目前社會發(fā)展的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的發(fā)電方式有影響環(huán)境、能源不可再生的問題，因此，新能源發(fā)電是目前研究的主要方向。然而目前新能源發(fā)電技術(shù)有開發(fā)成本高、電能結(jié)構(gòu)性不合理等問題，對于新能源的充分開發(fā)和利用十分不利。為此，需要對大規(guī)模新能源電力的利用進(jìn)行研究，解決當(dāng)前的能源問題，滿足電力發(fā)展的趨勢。

1 新能源技術(shù)概述

1.1 發(fā)展新能源的意義

新能源來源廣泛，屬于可再生能源，通過使用新能源可以促進(jìn)傳統(tǒng)能源的優(yōu)化，增強(qiáng)電能補(bǔ)給能力，而且傳統(tǒng)的煤炭、石油發(fā)電在的同時(shí)也在產(chǎn)生空氣污染，對環(huán)境治理十分不利。煤炭、石油、天然氣等都是不可再生的，除了會導(dǎo)致環(huán)境惡化，也不能保證能源的可持續(xù)性，并且這些能源技術(shù)相對比較成熟，對其他新能源技術(shù)有一定的壓制[1]。

我國的風(fēng)能儲量豐富，高達(dá)十億千瓦，但是目前僅僅有數(shù)百萬千瓦被使用在發(fā)電當(dāng)中，明顯造成了非常嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。通過開發(fā)新能源，能夠解決我國能源利用結(jié)構(gòu)不科學(xué)、不合理的問題。目前國內(nèi)的發(fā)電還是以傳統(tǒng)能源為主，利用新能源技術(shù)能更好的地滿足國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，也能推動電能產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級換代。

1.2 電力系統(tǒng)和新能源的特性

電力系統(tǒng)包括了發(fā)電、輸電、配電等環(huán)節(jié)，是一個(gè)集合了生產(chǎn)和消費(fèi)的系統(tǒng)，是將自然界的能量裝化成電能，然后經(jīng)過輸電網(wǎng)絡(luò)輸送給電能的用戶。電力系統(tǒng)中的需要保證電能的工供需平衡，并且電力是很難大量儲存的，因此一般會從電力生產(chǎn)出發(fā)，結(jié)合對電力系統(tǒng)電能需求的分析，做好生產(chǎn)規(guī)劃工作，以及根據(jù)短期負(fù)荷來進(jìn)行預(yù)和規(guī)劃調(diào)度，以及自動發(fā)電的控制工作。這樣就能夠保證電能的供需平衡，讓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能夠確保電網(wǎng)的穩(wěn)定[2]。

新能源又稱非常規(guī)能源，是除了煤炭、石油等傳統(tǒng)能源之外的能源，比如使用風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等等進(jìn)行發(fā)電。新能源電力系統(tǒng)是將科學(xué)技術(shù)在傳統(tǒng)能源系統(tǒng)中應(yīng)用，利用新能源技術(shù)發(fā)電，將電力在傳統(tǒng)能源系統(tǒng)中輸送的技術(shù)。新能源的特點(diǎn)在于無污染，可以轉(zhuǎn)變原來的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，改變運(yùn)行方式，也有更為科學(xué)的控制手段。但是，風(fēng)能和太陽能同樣有不可儲存的問題，而且存在不穩(wěn)定的問題，新能源進(jìn)入電力系統(tǒng)中，其所帶有的隨機(jī)性和波動性都會對電力系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響，所以如何解決新能源存在的不穩(wěn)定、不確定是電力系統(tǒng)的全新難題和挑戰(zhàn)。

2 新能源電力系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容

新能源和傳統(tǒng)電力的區(qū)別主要在于不確定性、不可儲存性，以及不受約束性，所以很多風(fēng)能、太陽能資源在應(yīng)用的過程中有發(fā)電不穩(wěn)定的問題，會受到外界因素的干擾。通過將大規(guī)模新能源電力接入電網(wǎng)，有利于電力系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定，解決系統(tǒng)波動性的問題。

2.1 電源響應(yīng)解決方案

提升能源轉(zhuǎn)化效率來保證電網(wǎng)的安全性，是提升電源相應(yīng)的關(guān)鍵手段。目前太陽能的轉(zhuǎn)化率比風(fēng)能低20%，而風(fēng)能機(jī)組的轉(zhuǎn)化率只有40%。所以，為了能夠提高新能源電力系統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)化率，就需要對電機(jī)進(jìn)行充分的優(yōu)化。包括改善新能源設(shè)備，針對新能源的特性做電力系統(tǒng)的開發(fā)，優(yōu)化各種裝備配置等等。在提升發(fā)電效率的同時(shí)，通過增加轉(zhuǎn)化率也有利于控制新能源的波動性，做好預(yù)測確保能源的合理分配和發(fā)電量控制。

2.2 負(fù)荷響應(yīng)解決方案

新能源電力系統(tǒng)具有很強(qiáng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，可以被有效的控制，但是如果外界因素對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的干擾，就可能造成新能源電力系統(tǒng)安全性下降，甚至?xí)档铜h(huán)保水平。有些系統(tǒng)，在嚴(yán)重的外界干擾下甚至?xí)霈F(xiàn)談話你的問題，不利于有效使用。其中外界負(fù)荷的變化就是對系統(tǒng)造成影響的關(guān)鍵因素，因此需要有效進(jìn)行調(diào)峰工作才能讓新能源電力提供有被接納的能力。所以需要對新能源電力系統(tǒng)的儲能原理進(jìn)行研究，構(gòu)建大規(guī)模新能源解決方案，讓不同新能源之間實(shí)現(xiàn)電力的互補(bǔ)，根據(jù)負(fù)荷的變化對發(fā)電進(jìn)行調(diào)整，保證新能源的競爭力[3]。

2.3 電網(wǎng)響應(yīng)解決方案

新能源在電壓耐受能力、通流能力上明顯降低，很容易受到電網(wǎng)擾動的作用，導(dǎo)致新能源的安全性大打折扣。為了能夠更好地利用新能源，就需要有效解決電網(wǎng)的無擾動問題。目前，主要使用低電壓、高電壓或者不對稱穿越的而方式來轉(zhuǎn)變新能源的阻尼特性，從而確保新能源電力系統(tǒng)響應(yīng)所具有的慣性。

2.4 電網(wǎng)優(yōu)化解決方案

電網(wǎng)是興能源和傳統(tǒng)能源傳輸?shù)幕A(chǔ)，隨著能源技術(shù)水平的提升和社會對能源需求的提高，優(yōu)化電網(wǎng)的輸送也是重要的研究方向。目前，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和配置都是決定能源輸送效率的關(guān)鍵因素，通過優(yōu)化新能源的布局，促進(jìn)不同能源之間的結(jié)合，有利于對新能源更加高效的應(yīng)用。比如構(gòu)建分區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、遠(yuǎn)距離耦連輸送結(jié)構(gòu)，可以對電力系統(tǒng)的輸送能力進(jìn)行充分的優(yōu)化，改善因?yàn)榫植侩娏Σ环€(wěn)定和波動影響整個(gè)電力系統(tǒng)的能源傳輸。

3 新能源電力系統(tǒng)中需要解決的問題

目前新能源電力系統(tǒng)的主要理論原理來自于動力學(xué)的多尺度特性研究，結(jié)合相關(guān)原理，就能夠了解新能源所存在的波動性、隨機(jī)性、不穩(wěn)定性等原理。所以，需要對新能源電力系統(tǒng)和電網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合，才能夠讓新能源電力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)充分結(jié)合。一般需要建立具有確定性的模型，根據(jù)能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理，實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模新能源電力系統(tǒng)的應(yīng)用，保證多個(gè)新能源系電力系統(tǒng)之間可以相互平衡和互補(bǔ)，讓電力系統(tǒng)的傳輸效率達(dá)到最高[4]。

3.1 新能源高效利用問題

高效利用新能源的前提是解決在應(yīng)用中的浪費(fèi)行為，有效利用可利用的新能源，發(fā)揮出新能源的作用和效率。根據(jù)新能源的特點(diǎn)，在應(yīng)用新能源的時(shí)候需要發(fā)揮出新能源電力的可持續(xù)性，有效重復(fù)利用，就能夠減少對自然資源的過度開采。同時(shí)還需要對電力設(shè)備、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化有效提升，將能源最大程度上轉(zhuǎn)化為生活需要的電力。目前采取電能集成網(wǎng)絡(luò)，可以將店里的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)連接起來，通過對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)把控和有效的后臺控制，能夠讓企業(yè)對系統(tǒng)的發(fā)電進(jìn)行高效管理，在電力系統(tǒng)傳輸方向、電壓控制上，根據(jù)電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控進(jìn)行決策，讓電力系統(tǒng)和電力產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，使所有的能源都能夠得到充分的利用。

3.2 新能源系統(tǒng)安全保障

目前的新能源電力系統(tǒng)以太陽能、風(fēng)能為主，發(fā)電的位置一般距離城市很遠(yuǎn)，在比較偏僻、人煙稀少的地區(qū)，在國內(nèi)廣泛分布。和傳統(tǒng)能源相對成熟的維護(hù)方式相比，新能源電力系統(tǒng)的更容易受到外界影響，一旦出現(xiàn)故障就可能會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓。所以，需要重視新能源電力系統(tǒng)的安全問題，通過做好安全維護(hù)保證系統(tǒng)的發(fā)電質(zhì)量。為此，需要構(gòu)建質(zhì)量安全系統(tǒng)和保障系統(tǒng)，通過定期、有規(guī)律地排查，以及做好對電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控工作，報(bào)告電力系統(tǒng)的問題，以便可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力故障。另一方面，則需要對新能源電力系統(tǒng)進(jìn)行整體把握，通過數(shù)學(xué)模型來對電力系統(tǒng)壽命作出預(yù)測，對于故障、問題比較嚴(yán)重的系統(tǒng)，可以及時(shí)淘汰和更新，從而降低系統(tǒng)的故障率提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過構(gòu)建量化指標(biāo)，可以更直觀地對系統(tǒng)的運(yùn)行情況、漏洞作出分析，這樣才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)安全快速地運(yùn)行[5]。

3.3 保證不同新能源電力系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)

新能源電力系統(tǒng)一般有比較強(qiáng)的可操作性，但是和傳統(tǒng)能源系統(tǒng)一樣，新能源電力系統(tǒng)也有延遲性，對電力系統(tǒng)的控制十分不利。傳統(tǒng)的能源電力系統(tǒng)中，多個(gè)電力系統(tǒng)會有相互作用，系統(tǒng)完成電力的輸送，新能源電力系統(tǒng)同樣要融合這種系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)的思路，提升系統(tǒng)的平衡和相互支持。目前的思想總結(jié)起來就是“多元互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制”，從傳統(tǒng)的能源電力系統(tǒng)管理經(jīng)驗(yàn)上看，為了能夠應(yīng)用這種思想，就需要構(gòu)建規(guī)范的方法，以及對電力系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)的表征方式，從而解決電力系統(tǒng)的能源管理。但是新能源系統(tǒng)和傳統(tǒng)能源系統(tǒng)有很大的區(qū)別，必須要針對不同的興能源系統(tǒng)構(gòu)建平衡電力和輸出功率的備用方法，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

4 結(jié)語

電力是驅(qū)動社會運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展的基本組成要素，隨著人們對電力的探索，越來越多的新能源技術(shù)進(jìn)入了人們的生活。在大型新能源系統(tǒng)不斷推廣和完善的前提下，系統(tǒng)目前正在逐漸成熟，系統(tǒng)的操作和維護(hù)都有了更加完善的技術(shù)支持。但是，由于社會對電力需求的轉(zhuǎn)變，以及目前新能源電力系統(tǒng)自身存在的問題，還要繼續(xù)對新能源電力系統(tǒng)進(jìn)行開拓創(chuàng)新。計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳輸技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了新能源系統(tǒng)應(yīng)用水平的提升，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)進(jìn)行更為精細(xì)的控制。所以，新能源電力還需要繼續(xù)發(fā)展，充分利用能源造福社會，電力企業(yè)也要發(fā)揮出自身的力量，推動社會的發(fā)展。