面向新能源消納的電能替代技術

于 婷

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司涇源縣供電公司，寧夏 涇源 756400）

引言

我國的能源需求巨大，能源也因此位于極其重要的位置，雖然目前能源安全能夠得到保證，但是由于能源開采及使用而造成的環(huán)境污染決不能輕視，比如化石能源。為此，找到一種新能源代替常規(guī)能源成為當務之急。如果找到新能源，我國部分能源不足的問題就可以迎刃而解，因使用能源而造成的環(huán)境污染也可以逐漸減輕。基于此，本文以某省的智能園區(qū)為例，分析電能替代技術。

1 我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀

就當前新能源的發(fā)展來看，最有優(yōu)勢的兩種能源分別為太陽能和風能，兩者增長的速度極快。不僅是裝機容量，在發(fā)電量上增長的速度也較快。光伏發(fā)電是太陽能發(fā)電的重要途徑，光伏發(fā)電優(yōu)勢眾多，一是無需復雜的裝置、設備；二是安裝較為簡單；三是沒有太多的限制條件，因此，光伏發(fā)電的發(fā)展速度較快。

根據(jù)我國能源局的相關數(shù)據(jù)資料可知，我國在光伏發(fā)電領域取得了較大的成就，走在世界的前列，這成績外表看似優(yōu)秀，但是在所有的發(fā)電量中，光伏發(fā)電只占很小的一部分。我國部分地區(qū)的風力資源豐富，因此，裝機容量發(fā)展迅速。根據(jù)我國能源局的預測，我國新能源發(fā)電將保持較高速度的增長，替代舊有的化石能源希望非常大。

2 電能替代技術概述

電能替代技術是一種綜合性的技術，粗略劃分為三種：熱泵、分散式電采暖和電窯爐。詳細劃分則可分為污水源熱泵和碳晶電采暖等多種。污水源熱泵的優(yōu)勢在于節(jié)省能源，可以充分利用城市產生的污水，通過熱泵機組完成物態(tài)循環(huán)的工作，轉換出能量用于供暖。碳晶電采暖主要應用的場合無需持續(xù)采暖，可以在供暖的過程中間斷進行。碳晶電采暖的優(yōu)勢在于可以更加均勻地制熱，在采暖過程中十分安全，并且體積小，無需占用過多室內空間。

我國曾對電能替代技術進行了實驗，實驗對象是一個酒店，實驗的操作主體是國家電網(wǎng)分公司。實驗維持了一個季度，在實驗之后，得出如下結論：該技術的應用效果較為良好。利用電熱膜發(fā)電主要完成電能——熱能的能量轉換，產生的熱能可以通過膜向外輻射散出。電熱膜發(fā)電主要的發(fā)熱體為膜，膜上有特制的油墨，該油墨由稀有元素制成。發(fā)熱電纜發(fā)熱的原理同樣是電能——熱能的轉換，發(fā)熱電纜溫度運行控制在一定的區(qū)間之內，熱量輻射的方式是發(fā)熱電纜的熱傳導。發(fā)熱電纜整個系統(tǒng)的組成包括電纜本身，包括溫度控制和感知器，還有出于安全考慮的絕熱層[1]。

3 新能源替代電能的意義

近些年來，我國的空氣污染觸目驚心，城市上空的霧霾久久難以散去。一直以來我們把煤炭當作主要的能源，這些煤炭資源雖然推動了經(jīng)濟的發(fā)展，但是用量太高，高于世界平均水平，尤其是沒有經(jīng)過潔凈處理的散裝煤，造成的空氣污染更為嚴重。此外，目前主流的交通工具使用的石油也會造成嚴重的大氣污染。為此，世界各國都將注意力集中在新型能源的尋找上，電能替代就是其中的重點，該項技術產生的電能主要來自可再生能源，即便是使用化石能源，使用的煤電機組的排放也會控制在超低水平，因此，采用電能替代技術，每年排放的大氣污染物將顯著降低，我國的清潔能源發(fā)展將取得巨大的進步。此外，大力推廣電能替代技術將會使我國的電氣化水平再上一個新的臺階[2]。

4 實際案例分析

4.1 案例概況

本案例位于我國西部某省份，是一個典型的智能園區(qū)，該園區(qū)有著較大的技術優(yōu)勢，在實現(xiàn)新能源消納的過程中，不僅有用電信息采集系統(tǒng)的支持，還有互動運行模式（源—網(wǎng)—荷—儲）的輔助。該智能園區(qū)實施了響應策略，完成了源荷互動的優(yōu)化，各項設備之間更加協(xié)調，節(jié)省了更多的資源，同時，經(jīng)過優(yōu)化調度之后，以往清潔能源在發(fā)電過程中產生的波動將被抑制，負荷曲線也將得到顯著優(yōu)化。

4.2 新能源就地接納潛力與技術支撐

4.2.1 新能源就地接納潛力分析

在該省份的所有特色產業(yè)中，最突出的為高載能產業(yè)，在該省份總負荷較大，與高載能產業(yè)之間存在密切的關系。在需求響應中應用高載能負荷，以調度指令為主要參照對象，可以較快完成削峰填谷，平衡系統(tǒng)的負荷，并且有利于該省份完成消納新能源的任務，并在需求響應協(xié)議的幫助下獲得補償。補償措施的主要內容為：負荷增加，折扣電價。負荷減少，響應量補貼。

4.2.2 新能源就地接納技術支撐

目前，我國各地的新能源廣泛發(fā)展，尤其是分布式電源更是呈現(xiàn)出規(guī)模化的態(tài)勢，在這種情況下，電網(wǎng)的發(fā)展目標出現(xiàn)了變化，由單向轉為多項，以此實現(xiàn)新能源的消納。在當下，電源和負荷都有著新的要求，也具有全新的特性。以往的電網(wǎng)技術較為單一，因此，難以做到協(xié)調電網(wǎng)、電源和負荷三者之間關系，鑒于此，該智能園區(qū)將發(fā)展的重點轉移到電源、電網(wǎng)和負荷的互動方面，以用戶的需求為重要參考依據(jù)，綜合考慮各項要素，爭取讓智能園區(qū)發(fā)展成為該地區(qū)主要的未來產業(yè)示范園。

該地區(qū)的電力公司是該智能園區(qū)的主要實施單位，該智能園區(qū)屬于國家電網(wǎng)，該智能園區(qū)的建設開始于2015 年，就整體的架構而言，該園區(qū)是一個整體，相互協(xié)調、運作統(tǒng)一。該智能園區(qū)的主要架構主要分為三層：采集層、網(wǎng)絡層和應用層。該智能園區(qū)各項功能的實現(xiàn)需要各項系統(tǒng)的配合，包括主站系統(tǒng)、采集信息并完成相應控制的系統(tǒng)等，園區(qū)中各方的需求在系統(tǒng)的通力配合下得以逐一滿足。

4.3 A 地區(qū)新能源消納的電能替代實施模式

優(yōu)化現(xiàn)有的能源結構，實現(xiàn)低碳發(fā)展是當前電能替代的主要目的，目前A 地區(qū)電能替代的主要項目包括：使用電能替代煤炭的燃燒，工業(yè)生產和居民生活以電能的消耗為主；在交通領域，使用電能代替汽油，大力發(fā)展電動汽車；在燃氣領域，使用電能代替天然氣；在農村，使用電能代替木柴的燃燒；在城市的高樓大廈中使用電蓄冷技術，以減少能源的消耗[3]。

4.4 案例分析

在這一部分的分析過程中，為獲取充足的數(shù)據(jù)，以智能園區(qū)中的新能源消納為突破口，以光伏發(fā)電產業(yè)為主要研究主體，將企業(yè)發(fā)電量等相關數(shù)據(jù)詳細記錄下來，將這些數(shù)據(jù)作為后續(xù)分析的重要依據(jù)。詳細的機組數(shù)據(jù)如表1 所示，圖1 所示為常規(guī)電負荷/熱負荷預測情況。

表1 常規(guī)機組參數(shù)

圖1 常規(guī)電負荷/熱負荷預測曲線

5 結論

對案例分析之后可以得出以下結論：

1）本文將突破口放在高載能負荷上，主攻新能源消納和需求響應，得出結論，在就地消納新能源的過程中，最重要的調度負荷當屬高載能負荷，尤其是在當下的環(huán)境下，特高壓外送輸電技術有待提升，還不能大范圍推廣使用。

2）要堅決實施兩個替代戰(zhàn)略：置換發(fā)電權、利用新能源直購電，促使更多的企業(yè)就地消納新能源。

3）在電負荷的需求響應機制中引入高載能負荷。傳統(tǒng)的調度無法兼顧多方，只能單純完成調度工作，而經(jīng)過優(yōu)化處理之后的調度可以將多項要素集結在一起充分考慮，包括企業(yè)的碳排放處罰、后續(xù)維護的諸多成本。調度在經(jīng)過優(yōu)化處理之后，火電與CHP機組無需花費過高的成本；在光伏發(fā)電的高峰期，高載能負荷有利于增荷，一旦負荷達到高峰會有助于減荷；反之，儲熱罐會存儲熱量，在熱負荷較高的情況下，儲熱罐會將熱量放出。