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全球能源互聯(lián)網(wǎng)志在高遠(yuǎn)
  發(fā)布時(shí)間:2016-10-19 08:04:20   發(fā)布人:巨川電氣 (人氣: )
全球能源互聯(lián)網(wǎng)志在高遠(yuǎn) 不斷增長(zhǎng)的能源需求、傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭、生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化,一場(chǎng)將改變?nèi)祟惸茉瓷a(chǎn)和消費(fèi)方式的能源革命正在全球范圍內(nèi)興起。這場(chǎng)革命的核

全球能源互聯(lián)網(wǎng)志在高遠(yuǎn)

 

不斷增長(zhǎng)的能源需求、傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭、生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化,一場(chǎng)將改變?nèi)祟惸茉瓷a(chǎn)和消費(fèi)方式的能源革命正在全球范圍內(nèi)興起。這場(chǎng)革命的核心,是最大限度地開發(fā)利用以低碳和可再生為特征的新能源,大幅度提高能源利用效率,讓能源產(chǎn)業(yè)向高效、清潔、智能化方式轉(zhuǎn)變。由中國(guó)首倡的全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略構(gòu)想,很好地契合了這一時(shí)代主題。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)志在高遠(yuǎn) 混合能源是關(guān)鍵技術(shù)
  風(fēng)能、太陽(yáng)能資源,也和水能、化石能源一樣,分布并不均衡,例如在我國(guó),80%以上的風(fēng)能、太陽(yáng)能分布在西部、北部地區(qū),而70%以上電力需求集中在東中部地區(qū),因此同樣需要大范圍資源配置技術(shù)。建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng),為優(yōu)化全球新能源配置提供了有效途徑,也是新能源時(shí)代全球能源配置的必然選擇。


  此外,局部電力系統(tǒng)難以滿足平抑大規(guī)模新能源發(fā)電出力隨機(jī)波動(dòng)性的需求,只有以大電網(wǎng)為平臺(tái),大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種能源類型電源的優(yōu)化控制,才能利用不同地域之間的時(shí)區(qū)差、季節(jié)差、資源稟賦差等因素,最大限度地實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的電能實(shí)時(shí)平衡。從系統(tǒng)論的角度看,全球配置也是最優(yōu)選擇。


  因此,全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略構(gòu)想一經(jīng)提出,很快獲得了多方支持與認(rèn)同。我們很高興地看到,在中國(guó)倡議一周年之際,全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)便已經(jīng)邁向了戰(zhàn)略實(shí)施、共同行動(dòng)階段。


  未來,隨著新能源并網(wǎng)比例不斷提高,電力系統(tǒng)既要面對(duì)隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷需求,還要面對(duì)不確定的電源輸入,這就要求其結(jié)構(gòu)形態(tài)、運(yùn)行控制方式以及規(guī)劃建設(shè)與管理等方面都要進(jìn)行革命性升級(jí)。這不是一夜之間就能實(shí)現(xiàn)的事,經(jīng)過100多年的發(fā)展改進(jìn),目前龐大的電力系統(tǒng)已經(jīng)是最復(fù)雜的人造系統(tǒng)工程,其革新過程不可能一蹴而就,只能逐漸演化。因此,實(shí)現(xiàn)以新能源為主導(dǎo)的全球能源互聯(lián)網(wǎng),需要一個(gè)較長(zhǎng)的過渡時(shí)期。


  大變革:新能源電力系統(tǒng)


  構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng),現(xiàn)有電力系統(tǒng)需要進(jìn)行深刻變革。


  電力系統(tǒng)的基本功能,是保證電能的供需平衡。在以火電、水電、核電為主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中,一次能源是可以儲(chǔ)存的,因而電能輸出是可控的,電力系統(tǒng)可以進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)與機(jī)組優(yōu)化調(diào)度,通過變更發(fā)電側(cè)功率來滿足用電側(cè)隨機(jī)波動(dòng)的需求,從而保證電能的供需平衡與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。
而以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的新能源發(fā)電,與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的最大區(qū)別就在于,一次能源是不可儲(chǔ)存的,進(jìn)而風(fēng)能、太陽(yáng)能的隨機(jī)波動(dòng)性決定了其發(fā)電功率的隨機(jī)波動(dòng)性。當(dāng)大規(guī)模新能源電源接入電網(wǎng)以后,就要求電力系統(tǒng)從原來的“一次能源可儲(chǔ)、二次能源可控”模式,升級(jí)為在隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷需求與隨機(jī)波動(dòng)的電源之間實(shí)現(xiàn)電能供需平衡的新模式。


  如果掌握了大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù),可以在一定程度上化解上述矛盾,但目前的儲(chǔ)能技術(shù)尚無法實(shí)現(xiàn)電荷大容量、大功率存儲(chǔ),所以需要從調(diào)整電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)與運(yùn)行控制方式出發(fā),用動(dòng)態(tài)思維來解決。理想的新電力系統(tǒng)需要滿足三方面響應(yīng)機(jī)制,即電源響應(yīng)、電網(wǎng)響應(yīng)、負(fù)荷響應(yīng),我們可以將滿足這些要求的電力系統(tǒng)稱為“新能源電力系統(tǒng)”。


  電源響應(yīng)就是要實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電功率的靈活控制。一方面,要研究精確的風(fēng)能、太陽(yáng)能功率預(yù)測(cè)方法、大規(guī)模新能源發(fā)電基地的功率分配策略,以及靈活的新能源發(fā)電單元功率控制技術(shù)。另一方面,也要意識(shí)新能源發(fā)電功率輸出的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性本質(zhì)上是由一次能源特性決定的,不可能徹底改變,因此必須有火電、水電等可控裝機(jī)進(jìn)行多源互補(bǔ)。依靠互補(bǔ)特性,可以有效地突破大規(guī)模新能源電力并網(wǎng)導(dǎo)致的電源功率隨機(jī)波動(dòng)問題。


  電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與輸送極限是決定電網(wǎng)配置資源能力的兩個(gè)重要方面,電網(wǎng)響應(yīng)即從調(diào)整這兩項(xiàng)內(nèi)容著手。其一,是依靠先進(jìn)的輸電方式,增強(qiáng)電網(wǎng)在大時(shí)空范圍內(nèi)的輸送能力與資源優(yōu)化配置能力,合理運(yùn)用大規(guī)模集中電站并網(wǎng)外送、基于可調(diào)負(fù)荷和儲(chǔ)能的就地消納、基于微網(wǎng)的分布式接入等多種方式,提高電力系統(tǒng)對(duì)新能源的接納規(guī)模。在這方面,特高壓技術(shù)的研發(fā)做出了積極嘗試,特高壓海底電纜、柔性直流輸電技術(shù)都是未來的探索方向。其二,需要基于新能源電源的時(shí)空特性與多種新型輸電方式的特征優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu),硬件上構(gòu)建區(qū)域電網(wǎng)間解耦連接、分層分區(qū)的輸電網(wǎng)架,軟件上研發(fā)可以同時(shí)響應(yīng)負(fù)荷和電源功率隨機(jī)波動(dòng)性的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)漸進(jìn)優(yōu)化理論方法。


  隨著智能家居、電動(dòng)汽車等設(shè)備的普及,負(fù)荷響應(yīng)對(duì)于提高新能源接納比例越來越重要。其實(shí),目前的電力系統(tǒng)中已存在大量電網(wǎng)友好型的可平移負(fù)荷,要進(jìn)一步發(fā)掘這些用負(fù)荷響應(yīng)潛力,需要相關(guān)政策、價(jià)格機(jī)制、市場(chǎng)手段來引導(dǎo)用戶主動(dòng)參與電網(wǎng)互動(dòng)。同時(shí),必要的技術(shù)條件可以在不改變用戶消費(fèi)習(xí)慣的前提下極大地提高負(fù)荷響應(yīng)比例。為實(shí)現(xiàn)人與電網(wǎng)和諧互動(dòng)的用電方式,用電設(shè)備應(yīng)當(dāng)可以實(shí)時(shí)獲取并分析精確、可靠的電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息,并及時(shí)、正確地響應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的改變。要做到這一點(diǎn),在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)、智能電表、柔性電力負(fù)荷控制等技術(shù)的基礎(chǔ)上,還需要有針對(duì)性地研發(fā)家庭控制網(wǎng)關(guān)、智能插座等電網(wǎng)友好裝置以及具有用電信息采集、處理、監(jiān)控、計(jì)費(fèi)、資源調(diào)度等功能的高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)。


此外,與傳統(tǒng)發(fā)電廠/站相比,新能源發(fā)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣、工況多變的客觀條件導(dǎo)致其出現(xiàn)故障的概率增大,從而增加了電力系統(tǒng)發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn),因此先進(jìn)的電網(wǎng)控制與安全防御技術(shù)也是決定新能源接納極限的重要因素。傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護(hù)與安全防御系統(tǒng)采用的是“以保守性換取可靠性”的策略,即采取離線仿真方式按最惡劣的情況設(shè)定保護(hù)控制策略,這極大地限制了電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的能力。智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)正在改變這種局面,各種傳感器的大量應(yīng)用與監(jiān)測(cè)平臺(tái)的建設(shè),讓電力系統(tǒng)信息化程度顯著提高,系統(tǒng)安全防御將可以從常規(guī)的故障控制,轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍?duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的評(píng)估、預(yù)警、保護(hù)與安全控制體系,這將會(huì)更加適合新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。


  在上述特性都具備的前提下,電力系統(tǒng)才可能具備完全的新能源接納能力,風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電也才能真正進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期。
大突破:混合能源關(guān)鍵技術(shù)


  建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng),需要突破性的關(guān)鍵技術(shù)支撐。


  在過去15年中,新能源經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。2015年,全球風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量分別達(dá)到了4.33億千瓦和2.27億千瓦,2000~2015年間分別增長(zhǎng)了23倍、175倍,年均增長(zhǎng)率為24%、41%。我國(guó)更是后來居上,風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量在15年間分別增長(zhǎng)了280倍、1400倍,在2015年分別達(dá)到了1.28億千瓦和0.42億千瓦,均居世界第一位。


  新能源的爆炸式增長(zhǎng),在加速能源革命進(jìn)度的同時(shí),也不可避免地帶來了一些問題,眾所周知,我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電遇到的最大瓶頸,即是消納難題。這當(dāng)然有體制、機(jī)制因素的阻礙,但現(xiàn)有電力系統(tǒng)的技術(shù)制約也是一個(gè)不容忽視的客觀因素。


  面對(duì)這種局面,冷靜、客觀地評(píng)估未來發(fā)展趨勢(shì)變得很有必要。首先必須承認(rèn),傳統(tǒng)化石能源在現(xiàn)階段仍然占主導(dǎo)地位,即使到2030年我國(guó)碳排放達(dá)到峰值,預(yù)計(jì)火力發(fā)電仍將占全國(guó)發(fā)電量的60%。在未來很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),都將是一個(gè)化石能源發(fā)電、水電、核電、新能源發(fā)電并存的“混合能源時(shí)代”,這一歷史時(shí)期至少將持續(xù)50~100年。其次也要看到,新能源是構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的根本,也是能源革命的發(fā)展方向,合理的增長(zhǎng)速度是必要的。


  為新能源發(fā)展排憂解難,體制障礙不少,比如缺乏電源、電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃,新能源發(fā)展與電網(wǎng)、調(diào)峰電源建設(shè)不協(xié)調(diào)、不配套;新能源大范圍配置的市場(chǎng)機(jī)制和政策保障不健全等等,這些都需要在今后逐步加以解決。


  然而,未來真正的瓶頸必定是技術(shù)問題。新能源電力系統(tǒng)描述起來容易,但真正做起來,目前的技術(shù)儲(chǔ)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。


  比如要通過多種能源電源互補(bǔ)平抑波動(dòng)性,需要互補(bǔ)電源具備一定的響應(yīng)速度,同時(shí)還能保證其本身大范圍變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。在日本及部分歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家,水電占比高,是主要的調(diào)峰手段;在美國(guó),燃?xì)?油發(fā)電裝機(jī)容量占比在45%以上,是調(diào)峰的首要選擇。而在我國(guó),燃煤火力發(fā)電占主導(dǎo)地位,目前新能源的規(guī)模化發(fā)展必然要依賴于火電機(jī)組的快速深度調(diào)峰。但目前的火力機(jī)組可調(diào)范圍窄、調(diào)節(jié)速度慢問題突出,而且在大范圍變負(fù)荷運(yùn)行的情況下會(huì)導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性顯著下降。要想讓其滿足平抑新能源波動(dòng)性的需求,首先需要構(gòu)建發(fā)電過程參數(shù)快速檢測(cè)與狀態(tài)精細(xì)表征理論與方法,為實(shí)現(xiàn)發(fā)電過程的快速、精確控制奠定基礎(chǔ);其次,需要發(fā)掘火電機(jī)組的蓄能環(huán)節(jié),建立能量存儲(chǔ)/釋放過程的動(dòng)態(tài)模型,分析其用于機(jī)組變負(fù)荷控制的可行性,以提高機(jī)組的變負(fù)荷控制速率,最終形成大型火電機(jī)組快速深度變負(fù)荷控制策略。未來,智能發(fā)電技術(shù)可以讓智能發(fā)電廠將不僅是獨(dú)立的發(fā)電單元,而是一個(gè)能夠隨時(shí)感知外部信息,與電網(wǎng)以及其他發(fā)電單元乃至用戶友好互動(dòng)的電源。


  我們深知,在混合能源時(shí)代,要讓新能源電力由補(bǔ)充能源發(fā)展為替代能源,并最終成為主導(dǎo)能源,還有許多難關(guān)需要攻克。而無論是對(duì)于全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,還是面對(duì)新一輪技術(shù)革命的大潮,我們都應(yīng)該志在高遠(yuǎn),以敢為天下先的氣概,去引領(lǐng)新時(shí)代的發(fā)展。

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