智能電網(wǎng)背景下新能源發(fā)電的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

張紅敏,張 博,張依強(qiáng)（國網(wǎng)菏澤供電公司,山東 菏澤 274000）

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智能電網(wǎng)背景下新能源發(fā)電的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

張紅敏,張 博,張依強(qiáng)
（國網(wǎng)菏澤供電公司,山東 菏澤 274000）

摘 要:傳統(tǒng)能源銳減、環(huán)保要求提高等多因素促使新能源發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展，智能電網(wǎng)也應(yīng)運(yùn)而生。本文通過對(duì)智能電網(wǎng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析；剖析新能源發(fā)電對(duì)智能電網(wǎng)的影響和在發(fā)展中遇到的挑戰(zhàn)。最后，從超導(dǎo)輸電技術(shù)、輸能管網(wǎng)技術(shù)等多個(gè)方面對(duì)未來新能源得以快速安全發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；新能源；機(jī)遇；挑戰(zhàn)

0 引言

21世紀(jì)，隨著傳統(tǒng)能源的日益減少和環(huán)境污染、氣候惡化等難題，大規(guī)模開發(fā)利用新能源引起各國重視。由于受自然因素的影響，風(fēng)能和太陽能等發(fā)電的輸出功率出現(xiàn)間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性[1]，所以在接入電網(wǎng)、電力調(diào)度和能源消納等方面帶來了一系列新問題。為了保障電網(wǎng)的安全性、可靠性，智能電網(wǎng)的理念應(yīng)運(yùn)而生[2]。

1 智能電網(wǎng)概念及發(fā)展現(xiàn)狀

（1）智能電網(wǎng)的概念。國家電網(wǎng)公司對(duì)中國智能電網(wǎng)有一個(gè)概述：智能電網(wǎng)要求發(fā)、輸、變、配、用電各個(gè)環(huán)節(jié)都能得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，每個(gè)點(diǎn)上的電流和信息得到雙向流動(dòng)，通過通信系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)上的各個(gè)設(shè)備及用戶無縫連接和實(shí)時(shí)互動(dòng)；在發(fā)生電力故障時(shí)，電網(wǎng)具有足夠的自愈能力保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（2）新能源在智能電網(wǎng)發(fā)展中的地位。國際上發(fā)展智能電網(wǎng)的初衷也許不盡相同，但是有一個(gè)共同點(diǎn)就是都把新能源的發(fā)展涵括進(jìn)來并把新能源的利用作為了智能電網(wǎng)發(fā)展的核心部分。國家電網(wǎng)公司正在實(shí)施“一特四大”的發(fā)展戰(zhàn)略，將國家電網(wǎng)建設(shè)成為以特高壓為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，促進(jìn)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(fā)利用。

（3）新能源發(fā)電對(duì)智能電網(wǎng)的影響。中國的風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電得到了大規(guī)模的開發(fā)利用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國一次能源的發(fā)電比例將呈現(xiàn)降低趨勢，而風(fēng)能發(fā)電將得到大幅度的提升。可以預(yù)見，新能源電力必將成為主流能源。

2 新能源發(fā)展的挑戰(zhàn)

（1）調(diào)峰、調(diào)頻問題。為了滿足電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)供需平衡的要求，必須利用其他電源的互補(bǔ)特性來抑制新能源發(fā)電帶來的電網(wǎng)隨機(jī)波動(dòng)性。水電和火電是互補(bǔ)電源的最優(yōu)選擇。我國火電至今仍在總裝機(jī)容量中占據(jù)主導(dǎo)地位。所以，我國新能源發(fā)電在發(fā)展過程中必要要依賴火電的快速深度調(diào)峰。

（2）新能源電力消納問題。新能源具有分散性的特點(diǎn)，以我國風(fēng)能發(fā)電為例，風(fēng)能主要分布在西北地區(qū)。然而，西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，發(fā)電量沒法被全部消納，只有利用西電東送的發(fā)展戰(zhàn)略輸送給東部地區(qū)。可以預(yù)測，未來的電網(wǎng)發(fā)展模式將不再僅僅依賴于大電網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行，而是和分布式小規(guī)模電網(wǎng)協(xié)調(diào)共存。

（3）繼電保護(hù)遇到的挑戰(zhàn)。與同步電機(jī)相比，異步發(fā)電機(jī)在發(fā)生短路故障時(shí)無法提供可持續(xù)、穩(wěn)定的電流[3]。所以，新能源發(fā)電繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一就是怎么讓相關(guān)的繼電保護(hù)裝置依據(jù)不持續(xù)的短路電流來判定故障的發(fā)生，準(zhǔn)確快速的切除故障，最大程度的消除事故對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響。

（4）電網(wǎng)安全問題。大規(guī)模新能源電力輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)性、難以準(zhǔn)確預(yù)測性以及用于并網(wǎng)的電力電子變換器對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)的敏感性，使電力系統(tǒng)安全面臨新的挑戰(zhàn)，事故頻發(fā)，并且電力系統(tǒng)的大型互聯(lián)帶來了局部干擾演變成全網(wǎng)故障的潛在威脅。

（5）對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響。由于新能源的隨機(jī)性、間歇性，現(xiàn)在只能把新能源電力供應(yīng)作為未知因素考慮。為了避免并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響，需要額外增添一定容量的旋轉(zhuǎn)備用。新能源并網(wǎng)既分擔(dān)部分負(fù)荷，降低電力系統(tǒng)的燃料成本，又增加了電力系統(tǒng)的可靠性成本。

3 發(fā)展新能源電網(wǎng)的新技術(shù)

（1）大力發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)。隨著新能源的日益普及以及電網(wǎng)調(diào)峰、提高電網(wǎng)可靠性和改善電能質(zhì)量的迫切需求，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要性日益凸顯。電力儲(chǔ)能技術(shù)為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、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(guī)模儲(chǔ)能裝置，提高現(xiàn)有電力設(shè)備的利用率和供電可靠性，降低發(fā)電煤耗、供電線損。

（2）超導(dǎo)技術(shù)。超導(dǎo)電力技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、大容量輸送和短路故障保護(hù)等方面的應(yīng)用具用顯著的優(yōu)勢，因而，如果超導(dǎo)技術(shù)能夠在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用將引起電力行業(yè)的重大變革，也為新能源電網(wǎng)的發(fā)展提供先進(jìn)的技術(shù)力量。通過試點(diǎn)和示范工程加速超導(dǎo)電力技術(shù)在我國電力實(shí)用化進(jìn)程。

（3）輸能管網(wǎng)技術(shù)。輸能管網(wǎng)技術(shù)的核心理念就是利用同一超導(dǎo)管線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)輸電和液態(tài)氫的同時(shí)輸送[5]。利用高壓直流超導(dǎo)電纜輸送電能，而液態(tài)氫在電纜芯的管道中流動(dòng)。

（4）靈活多變的輸電系統(tǒng)。先進(jìn)的輸電方式既能增強(qiáng)電網(wǎng)的輸送能力又能實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。根據(jù)多種輸電方式共存和新能源發(fā)電的分散性特點(diǎn)，構(gòu)建分層分區(qū)、區(qū)域解耦互聯(lián)的大電網(wǎng)構(gòu)架，實(shí)施電力就地消納和特高壓遠(yuǎn)距離輸送相互補(bǔ)的電網(wǎng)模式。

4 結(jié)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(yè)的關(guān)注。本文根據(jù)新能源開發(fā)利用過程中存在的一些問題和難點(diǎn)進(jìn)行剖析，并對(duì)新能源電網(wǎng)未來的發(fā)展前景提出了一些技術(shù)展望。

參考文獻(xiàn)：

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[2]余寅,唐宏德,郭家寶.風(fēng)光儲(chǔ)一體化發(fā)電應(yīng)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(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),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(wǎng)與清潔能源[J].智能電網(wǎng),2009,25(01):7-11.

作者簡介：張紅敏（1987-），女，黑龍江人，學(xué)士，工程師，主要從事：高壓設(shè)備試驗(yàn)和GIS設(shè)備維護(hù)檢修工作。

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