1 概述
1.1 智能电网
智能电网是以物理电网作为基础,把所谓的传感量测手段、通讯手段、信息化技术、控制技术、计算机技术和物理电网高度集成形成的新兴网络。它是以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的电力网络类型。它的主要特征是对整个电网进行全面控制。电网最大的特征是生产和消费在同一时刻发生,这对网络控制的要求非常高。
1.2 智能电网中的并网技术
智能电网建设的目的是使电网本身更加具有智慧,以应对可再生能源入网和分布式发电对电网安全的冲击并满足为实时电力平衡提供服务平台的要求。智能电网中的并网技术是建设以太阳能、风能、潮汐能等新能源联合的形式,解决当前中西部地区风电、煤电、水电的并网问题。智能电网技术有机融合了高级传感、通信、自动控制等技术,具有自我管理与恢复、兼容性强等特点,其快速发展为清洁能源的无缝并网提供了良好的技术保障。
2 智能电网中并网技术的重要性
当前,在应对国际金融危机的过程中,为抢占未来经济、科技发展制高点,发达国家普遍加快了新能源、新材料、信息网络技术、节能环保等高新技术产业和新兴产业的发展。从能源供应的重要环节———电网的发展来说,大力推进智能电网建设,已成为世界电网发展的新趋势 。
2.1 能有效减小输送时所耗费的能量
我国最重要的煤炭资源位于山西、内蒙古、陕西、新疆等北部和西部地区,但是煤炭消耗比较大的地区主要分布在中东部地区。随着我国能源开发的加快前行,往西和往北移已经是大势所趋,如此一来就直接导致了大型煤炭能源基地与能源消费地之间的输送距离越来越远。东部地区受土地、环保、运输等因素的制约,已不适宜大规模发展燃煤电厂。要满足未来持续增长的电力需求,从根本上解决煤电运输紧张频繁反复出现等问题,促进大型煤炭能源基地的集约化开发,就必须采取智能并网技节能术,发展特高压电网,实施电力的大规模、远距离、高效率输送,与大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发和利用一起,形成全国范围的资源优化配置格局。只有如此,才能够显著提高电网的输送能力和运行控制的灵活性,最大限度发挥电网优化配置资源的作用;能够显著提高发电设备的综合利用效率,提高能源使用效率,促进节能减排。
2.2 新能源并网技术能有效节能降耗
大力开发和利用新型清洁能源,减少大气污染和温室效应,已成为衡量一个国家可持续发展的重要指标。当前,我国也顺应时代的变化,适时提出了建设信息化、数字化、自动化、互动化的统一智能电网,其重要意义和目的在于提高电网的运行安全和效益。智能电网可以使新能源发电更方便地接入。大型的集中型并网电站,其系统设计、维护和监控管理等较为完善,电网可以实现与并网电站系统间的信息交换和调度管理,已具备智能电网的一些特征和基本要求。新能源并网发电系统可以大量分散应用于配电网的终端用户。同时,启动新能源发电与智能电网并网,无疑将极大地推动太阳能光伏发电的商业化运作,对于我国的节能降耗有着深远意义;同时还可以加快光伏企业的技术创新、降低光伏发电成本,进而推动整个太阳能光伏行业的发展 。
2.3 节能环保促进实时电力市场建设与完善,提高电力市场效率
实时电力市场是实现智能电网并网愿望的必要条件之一;同时,智能电网将为实时电力市场提供完善的技术条件,必将促进实时电力市场的建设和完善。此外,智能电网中将采用超导、远距离多落点直流输电、自动控制等先进技术和设备,不仅最大限度地降低网损,而且可提高输电网运行的灵活性,减少阻塞成本和其他交易成本;信息和网络技术以及智能电表的发展和应用,使得发电商与电力用户能够实时获取电力市场的经济信息,发电商与电力用户的互动性和响应的时效性增强,电力市场流动性和透明度将更高,效率也将更高。
3 如何发挥好智能电网中的并网技术
3.1 清洁电源的接入标准和规划方案
“电网接入”一直是新能源发展中的掣肘。目前,我国仍有1/ 3 的风电装机并网项目处于空转状态,其主要原因是由于风电等清洁能源间歇性的特点,必须通过实时、精确的发电和负荷预报,需要一些特殊的协调控制方式才可能使其满足并网运行条件。因此,必须合理规划和设计清洁电源的安装地点和容量, 分析风电、光电、火电、水电等互相配合“捆绑输出”,有效利用清洁能源和提高供电可靠性。同时,加快制订各类清洁电源并网技术标准,确保新能源发电及时上网。
3.2 发展光伏并网技术
光伏并网发电的一个主要优势是可替代矿物燃料的消耗。由于光伏并网发电增加了发电厂旋转发电机的旋转备用或者是热备用,因此,光伏并网发电的实际降耗比率应该扣除旋转备用或热备用损失的能量。由于电力系统是作为一个整体来运行的,光伏并网发电向电网输送电力将侵害其他发电商的利益,这也是作为政策制定者需要考虑的问题。光伏发电带来的减排效果是否应该只考虑火电排放的二氧化硫和二氧化碳还有待研究,因为当光伏并网发电的同时,电网公司也在考虑电网安全、稳定和经济,所以往往减少出力的不仅仅是火电厂,尤其是考虑旋转备用时,也不仅仅是水电厂来承担旋转备用的任务。
并网光伏逆变系统一般由光伏阵列、变换器和控制器组成,其中变换器可将光伏电池发出的电能逆变成正弦电流并入电网,控制器主要控制光伏电池最大功率点的跟踪、以及逆变器并网电流的波形和功率,以便向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能相匹配。
其中,太阳能光伏发电是新能源和可再生能源中最具有发展前途的方式之一,它可将光伏电池组件转换的直流电经逆变器逆变后向电网输送能量,可在一定程度上能缓解能源紧张的问题,对环境不会造成任何污染。太阳能并网电站的建设是一项系统而复杂的工程,从设计到建成,从产品采购到调试运行涉及节能光学、电气、电子、通信、力学及材料等多个专业,同时也需要多部门间很好的协调与配合。
3.3 研究大容量储能技术
中国正在大力发展风能、太阳能等清洁能源,但是这些新能源都是不连续或间歇式的,小水电也受气候的影响,雨天大发而旱天不发。这些电源都需要有储能装置与其配套。对于容量小的间歇式电源可以用蓄电池等装置来存储,但对于大的间歇式电源就需要研制大型的储能装置。一种可能的方案是利用富余电能电解水产生氢和氧,当需要能量时再通过燃料电池把氢和氧转变成电能。目前,工业用的水电解器的效率在60 %～80 %之间,通过燃料电池产生电能的效率约在 45 %～65 %之间。燃料电池的技术目前还处于试验阶段,所以还需要对这种方案作节能环保大量研究。
3.4 分布式电源并网保护
分布式电源的一次能源一般是气体燃料,各种可再生能源;二次能源是分布在用户侧的冷、热、电等。它将电力、热力、制冷和蓄能技术相结合,直接满足用户对能量的需求,实现能源的梯级利用,以提高能源的利用率,节约能源,保护环境。分布式电源以内燃机为前端部分的冷、热、电三联供系统;以燃气轮机或微型燃气轮机为前端部分,以烟气型溴化锂吸收式制冷机组为后端部分的分布式电源;以燃气轮机为前端部分,以余热锅炉、热水型溴化锂吸收式制冷机组为后端部分的分布式电源;以燃料电池或生物质能为前端部分的三联供系统。分布式电源的构造形式能提高热电机组的利用率;发展热能梯级利用技术,热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术,提高热能综合利用率。
