智能電網背景下新能源發電的挑戰與機遇

張紅敏,張 博,張依強（國網菏澤供電公司,山東 菏澤 274000）

?

智能電網背景下新能源發電的挑戰與機遇

張紅敏,張 博,張依強
（國網菏澤供電公司,山東 菏澤 274000）

摘 要:傳統能源銳減、環保要求提高等多因素促使新能源發電技術快速發展，智能電網也應運而生。本文通過對智能電網的特點進行分析；剖析新能源發電對智能電網的影響和在發展中遇到的挑戰。最后，從超導輸電技術、輸能管網技術等多個方面對未來新能源得以快速安全發展的關鍵技術進行了展望。

關鍵詞：智能電網；新能源；機遇；挑戰

0 引言

21世紀，隨著傳統能源的日益減少和環境污染、氣候惡化等難題，大規模開發利用新能源引起各國重視。由于受自然因素的影響，風能和太陽能等發電的輸出功率出現間歇性、隨機性和波動性[1]，所以在接入電網、電力調度和能源消納等方面帶來了一系列新問題。為了保障電網的安全性、可靠性，智能電網的理念應運而生[2]。

1 智能電網概念及發展現狀

（1）智能電網的概念。國家電網公司對中國智能電網有一個概述：智能電網要求發、輸、變、配、用電各個環節都能得到實時監控，每個點上的電流和信息得到雙向流動，通過通信系統和自動控制系統實現電網上的各個設備及用戶無縫連接和實時互動；在發生電力故障時，電網具有足夠的自愈能力保障系統的安全運行。

（2）新能源在智能電網發展中的地位。國際上發展智能電網的初衷也許不盡相同，但是有一個共同點就是都把新能源的發展涵括進來并把新能源的利用作為了智能電網發展的核心部分。國家電網公司正在實施“一特四大”的發展戰略，將國家電網建設成為以特高壓為骨干網架，各級電網協調發展，具有信息化、自動化和互動化特征的堅強智能電網，促進大煤電、大水電、大核電和大型可再生能源基地的集約化開發利用。

（3）新能源發電對智能電網的影響。中國的風能、太陽能等新能源發電得到了大規模的開發利用，據統計，中國一次能源的發電比例將呈現降低趨勢，而風能發電將得到大幅度的提升。可以預見，新能源電力必將成為主流能源。

2 新能源發展的挑戰

（1）調峰、調頻問題。為了滿足電力系統實時供需平衡的要求，必須利用其他電源的互補特性來抑制新能源發電帶來的電網隨機波動性。水電和火電是互補電源的最優選擇。我國火電至今仍在總裝機容量中占據主導地位。所以，我國新能源發電在發展過程中必要要依賴火電的快速深度調峰。

（2）新能源電力消納問題。新能源具有分散性的特點，以我國風能發電為例，風能主要分布在西北地區。然而，西北地區經濟欠發達，發電量沒法被全部消納，只有利用西電東送的發展戰略輸送給東部地區。可以預測，未來的電網發展模式將不再僅僅依賴于大電網的獨立運行，而是和分布式小規模電網協調共存。

（3）繼電保護遇到的挑戰。與同步電機相比，異步發電機在發生短路故障時無法提供可持續、穩定的電流[3]。所以，新能源發電繼電保護設計的難點之一就是怎么讓相關的繼電保護裝置依據不持續的短路電流來判定故障的發生，準確快速的切除故障，最大程度的消除事故對電力系統安全運行的影響。

（4）電網安全問題。大規模新能源電力輸出功率的隨機波動性、難以準確預測性以及用于并網的電力電子變換器對電網擾動的敏感性，使電力系統安全面臨新的挑戰，事故頻發，并且電力系統的大型互聯帶來了局部干擾演變成全網故障的潛在威脅。

（5）對電網運行經濟性的影響。由于新能源的隨機性、間歇性，現在只能把新能源電力供應作為未知因素考慮。為了避免并網對電力系統造成的影響，需要額外增添一定容量的旋轉備用。新能源并網既分擔部分負荷，降低電力系統的燃料成本，又增加了電力系統的可靠性成本。

3 發展新能源電網的新技術

（1）大力發展儲能技術。隨著新能源的日益普及以及電網調峰、提高電網可靠性和改善電能質量的迫切需求，電力儲能系統的重要性日益凸顯。電力儲能技術為實現電網可持續發展目標、解決電量供需不平衡矛盾和提高供電可靠性問題提供了一攬子解決方案[4]。采用大規模儲能裝置，提高現有電力設備的利用率和供電可靠性，降低發電煤耗、供電線損。

（2）超導技術。超導電力技術在電力系統穩定性、大容量輸送和短路故障保護等方面的應用具用顯著的優勢，因而，如果超導技術能夠在電力系統中得到廣泛應用將引起電力行業的重大變革，也為新能源電網的發展提供先進的技術力量。通過試點和示范工程加速超導電力技術在我國電力實用化進程。

（3）輸能管網技術。輸能管網技術的核心理念就是利用同一超導管線網絡實現輸電和液態氫的同時輸送[5]。利用高壓直流超導電纜輸送電能，而液態氫在電纜芯的管道中流動。

（4）靈活多變的輸電系統。先進的輸電方式既能增強電網的輸送能力又能實現資源的優化配置。根據多種輸電方式共存和新能源發電的分散性特點，構建分層分區、區域解耦互聯的大電網構架，實施電力就地消納和特高壓遠距離輸送相互補的電網模式。

4 結束語

隨著一次能源的枯竭，新能源利用越來越受到電力行業的關注。本文根據新能源開發利用過程中存在的一些問題和難點進行剖析，并對新能源電網未來的發展前景提出了一些技術展望。

參考文獻：

[1]高厚磊,田佳,杜強等.能源開發新技術:分布式發電[J].山東大學學報:工學版,2009,39(5):106-111．

[2]余寅,唐宏德,郭家寶.風光儲一體化發電應用展望[J].華東電力,2010,38(12):1891-1893.

[3]陳樹勇,宋書芳,李蘭欣等.智能電網技術綜述[J].電網技術,2009,33(08):127.

[4]Amaris H，Alonso M．Coordinated reactive power management in power networks with wind turbines and FACTS devices [J]．Energy Conversion and Management，2011，52(7)：2575-2586

[5]余貽鑫,欒文鵬.電網與清潔能源[J].智能電網,2009,25(01):7-11.

作者簡介：張紅敏（1987-），女，黑龍江人，學士，工程師，主要從事：高壓設備試驗和GIS設備維護檢修工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.140