能源轉(zhuǎn)型中電力系統(tǒng)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)分析

陸昊鵬，王嘉昊

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴安供電局，貴州 貴陽 550000

0 引言

電力領(lǐng)域的碳排放量在我國總排放量中的占比約為40%，為此，電力行業(yè)應(yīng)當(dāng)對新能源進行運用，探索電力系統(tǒng)規(guī)劃的主要方向和關(guān)鍵技術(shù)，將高污染、高能耗的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵏咝Ш偷吞脊?jié)能的電力系統(tǒng)，從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負荷側(cè)等方面進行研究，研發(fā)先進的電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)。

1 基于能源轉(zhuǎn)型的電力系統(tǒng)規(guī)劃發(fā)展方向

（1）電網(wǎng)規(guī)劃。魯宗相等[1]提出了一種新的輸電模型，即“儲能-輸電網(wǎng)”的電網(wǎng)系統(tǒng)模型，該模型能夠?qū)﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)擴建成本進行控制，即對電網(wǎng)系統(tǒng)的儲能功率和輸電網(wǎng)進行調(diào)整，與過去比較單一的儲能方式相比，該模型更加經(jīng)濟。王建樹[2]根據(jù)魯宗相提出的模型理論進行了研究，在單時段的角度進行計算，同時對多時段的輸電情況進行分析，在保證電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行的前提下，計算電網(wǎng)系統(tǒng)的最高輸電量，進一步加強電網(wǎng)系統(tǒng)輸電線路的資源使用效率，在計算、比較和分析的過程中，優(yōu)化了資源利用率的計算方式。

（2）可再生能源發(fā)展規(guī)劃。田世明等[3]對能源轉(zhuǎn)型帶來的變化和清潔能源的利用進行了分析，在電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型和可再生能源的融合使用等方面提出了相應(yīng)對策，值得參考。唐曉駿等[4]重點研究了能源的發(fā)電性能，在電網(wǎng)規(guī)劃中提出了一種融合多方面內(nèi)容的交直流混聯(lián)模式，并通過實踐證明了該模式的可行性。

（3）儲能系統(tǒng)規(guī)劃。陳先龍等[5]通過研究和實踐，實現(xiàn)了減少電力系統(tǒng)運行成本的目標(biāo)，在儲能系統(tǒng)規(guī)劃中共同構(gòu)建了共享儲能系統(tǒng)，可以對不同地區(qū)的能源系統(tǒng)進行計算和優(yōu)化配置，在優(yōu)化的過程中運用了納什議價法，計算不同地區(qū)能源系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)，對儲能系統(tǒng)中的參數(shù)進行調(diào)整。周思宇等[6]對儲能系統(tǒng)的容量進行了研究，根據(jù)可再生能源的容量需求提出一種新的儲能系統(tǒng)規(guī)劃方法，在保證可再生能源容量的基礎(chǔ)上，對電力網(wǎng)系統(tǒng)備用容量、調(diào)峰情況以及可再生能源的利用率進行計算和分析，得出儲能系統(tǒng)在各個分區(qū)中的合理容量。

（4）負荷側(cè)規(guī)劃。王琦[7]對電力系統(tǒng)建設(shè)途徑進行了討論，提出了兩種建設(shè)途徑，一是以變電站為主的實體站，二是以能源綜合服務(wù)站為主的虛擬站，對虛擬站規(guī)劃建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。

2 能源轉(zhuǎn)型背景下電力系統(tǒng)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)

（1）儲能技術(shù)。儲能技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、輔助服務(wù)、可再生能源利用、終端用戶管理中均發(fā)揮著重要的作用，其具體應(yīng)用如表1所示。新能源電力系統(tǒng)一般會使用相變材料，相變儲能技術(shù)可以利用相變材料吸收、儲存和釋放能量。相變儲能中的能量具有非常高的密度，包含多種儲能形式，如冰蓄冷的儲能形式，通過蓄冷介質(zhì)來控制電力系統(tǒng)中的能量，在高峰用電階段使用冰蓄冷的儲能方式能夠緩解供電壓力。電儲熱利用水和金屬來儲熱和放熱，在電力系統(tǒng)中運用電儲熱的儲能方式能夠提高輸電效率。熔融鹽儲熱能夠改變無機鹽的形態(tài)，利用熱循環(huán)技術(shù)進行發(fā)電，需要注意熔融鹽儲熱具有較高的傳熱性，還具有一定的腐蝕性。

表1 儲能技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

儲能技術(shù)的種類較多，不同類型的儲能技術(shù)在技術(shù)發(fā)展成熟度和應(yīng)用環(huán)節(jié)上存在差異，如圖1所示。其中，抽水儲能技術(shù)的發(fā)展最為成熟，運用抽水儲能技術(shù)時，需要在上游和下游區(qū)域分別建造水庫，如果負荷較低，可以將下游的水輸送到上游并將其存儲在上游水庫內(nèi)。在負荷較高的情況下，可以利用上游存儲的水進行發(fā)電，抽水儲能的能量轉(zhuǎn)換效率相對較高，一般可達到70%～75%。發(fā)電環(huán)節(jié)中的另一個儲能技術(shù)是壓縮空氣儲能，該技術(shù)發(fā)展相對成熟。壓縮空氣儲能的能量轉(zhuǎn)換率也比較高，可以維持在75%左右，常用于電能調(diào)峰以及電力系統(tǒng)備用中。此外，儲能技術(shù)還包含蓄電池儲能技術(shù)。由圖1可知，各種蓄電池儲能技術(shù)的發(fā)展中，化學(xué)電池儲能技術(shù)發(fā)展相對成熟，該技術(shù)經(jīng)常被用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，還可以用于風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。

圖1 各種儲能技術(shù)發(fā)展成熟度

（2）太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)有著不同的類型，從太陽能光伏發(fā)電的形式和結(jié)構(gòu)上進行區(qū)分，主要包含3種光伏發(fā)電類型：一是比較常見的并網(wǎng)型；二是獨立型；三是前兩種發(fā)電類型的結(jié)合。在并網(wǎng)型光伏發(fā)電中，需準(zhǔn)備一處面積較大的場地，把各處的電流和電壓集中起來統(tǒng)一進行供電。在獨立型的光伏發(fā)電中，通常會在建筑樓頂進行發(fā)電和供電，能夠?qū)⒍嘤嗟碾娔茌斔偷诫娋W(wǎng)系統(tǒng)中，增加電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電量。在兩者結(jié)合的電網(wǎng)系統(tǒng)中，需要加強電壓源的控制，在控制中實現(xiàn)快速切換。為了更好地控制電能質(zhì)量，需要對濾波器裝置進行改進，利用群控技術(shù)來調(diào)整系統(tǒng)中的諧波電流參數(shù)。使用光伏發(fā)電技術(shù)時需要注意光電效應(yīng)、PID效應(yīng)和光伏陣列，選擇合適的電池組和逆變器，在光伏電站中利用SVC來調(diào)整電力系統(tǒng)的電壓。

（3）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。風(fēng)能電力系統(tǒng)可以對儲能技術(shù)進行利用，儲能技術(shù)可以存儲風(fēng)能資源，為風(fēng)能電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障，在負荷較大的情況下同樣可以滿足電力系統(tǒng)的運行需求。風(fēng)能資源最重要的應(yīng)用是風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電技術(shù)主要是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機械能，最后通過風(fēng)力發(fā)電機進行發(fā)電，產(chǎn)生電能。風(fēng)能發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用效果與風(fēng)力發(fā)電機的型號和種類有較大關(guān)系。

從結(jié)構(gòu)上看，風(fēng)力發(fā)電機有兩種結(jié)構(gòu)形式，一是橫軸結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機，二是縱軸結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機。從容量上看，葉片的長度和容量的大小正相關(guān)。從型號上看，主要可劃分為特大型、大型、中性、小型。從功率控制上看，有3種模式的汽輪機，一是通過固定攻角進行控制，二是通過變化攻角進行控制，三是通過主動齒輪箱進行控制。從轉(zhuǎn)速上看，包含恒速和變速。從風(fēng)力發(fā)電的來源和形式上看，一是陸上風(fēng)力發(fā)電機，二是海上風(fēng)力發(fā)電機。對風(fēng)能電力系統(tǒng)進行規(guī)劃之前，必須對風(fēng)力發(fā)電機進行選擇，根據(jù)電力系統(tǒng)所在區(qū)域的實際用電需求來選擇合適的容量和型號等。

為了保證風(fēng)能電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要嚴(yán)格控制變速情況，可以將模糊控制技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，通過控制葉片的轉(zhuǎn)速來調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)速，提前判斷風(fēng)輪氣動的情況，及時把風(fēng)電場調(diào)整到并網(wǎng)狀態(tài)中，風(fēng)力發(fā)電機會進行無功功率吸收。在風(fēng)電場中可以安裝合適的補償裝置，如安裝SVC調(diào)整電網(wǎng)系統(tǒng)的運行情況。因為并網(wǎng)狀態(tài)會形成無功功率吸收，所以要在風(fēng)能電力系統(tǒng)中運用被動式能源管理技術(shù)，以此來滿足平衡無功和穩(wěn)定電壓的要求。

（4）地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)。地球內(nèi)部的熱量是一種可再生能源，可以利用地?zé)崮苓M行發(fā)電。電力系統(tǒng)雖然無法直接對地?zé)崮苓M行利用，但是可以對地球的熱量進行轉(zhuǎn)化，把熱能轉(zhuǎn)變成電能，將電能輸送到電力系統(tǒng)中。地?zé)崮苓€可以在供暖系統(tǒng)中運用。地?zé)崮馨l(fā)電具有極強的實用性，其發(fā)電過程也相對簡單。為了保證新能源電力系統(tǒng)有充足的電能，需要提高地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)水平，對地?zé)崮馨l(fā)電中的問題進行分析，不斷優(yōu)化地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)，利用地?zé)崮苓M行發(fā)電的同時需注意環(huán)保，促進電力行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

3 結(jié)束語

綜上所述，能源轉(zhuǎn)型是當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，在發(fā)展中應(yīng)當(dāng)對可再生能源和電力系統(tǒng)的結(jié)合進行研究，可以重點研究風(fēng)能、太陽能和地?zé)崮茉陔娏ο到y(tǒng)中的引用，同時對新能源電力系統(tǒng)的技術(shù)進行研究，對各種儲能技術(shù)加以利用，提高儲能技術(shù)的能量轉(zhuǎn)換率。