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聚焦現代電力系統八大發展趨勢

點擊:7759  添加時間:2018-12-24 10:28:00  来源:科学出版社

現代電力系統發展趨勢主要體現在能源互聯網、分佈式發電等八個方面。其中分佈式發電的優勢在於可以充分開發利用各種可用的分散存在的能源,包括可就地方便獲取的化石類燃料和可再生能源,並提高能源的利用效率。構建全球能源互聯網,可促進清潔能源大規模開發利用和大範圍協調互濟,推動能源革命和可持續發展,從根本上解決制約人類社會發展的能源安全、環境污染和溫室氣體排放問題。

由於環境保護、土地使用等因素的限制及新的電力市場競爭機制,迫切需要利用現有的輸電網絡輸送更多的電力,以便最大限度地降低運行成本,提高系統的運行效益,增強競爭能力。如何準確地確定電力系統區域間的功率輸送能力及其影響因素,使系統在滿足安全性及可靠性約束的條件下,最大限度地滿足各區域的用電負荷需求,成爲當今現代電力系統的重要研究課題。

現代電力系統已經發展成爲一個由高溫、高壓、超臨界、超超臨界機組以及大容量遠距離輸電網、實時變化的負荷組成的大型互聯繫統。該系統是世界上目前最龐大和最複雜的人造系統,具有地域分佈廣、傳輸能量大、動態過程複雜等特點,其數學模型具有高維、強非線性和時變的特徵。

現代電力系統發展趨勢主要體現在以下八個方面:

一高溫、高壓、超臨界機組、超超臨界機組

現代發電機組主要發展趨勢爲:以高溫、高壓、超臨界爲主要特點的高效率、低污染、低能耗的發電設備和新型的清潔煤燃燒發電技術已成爲發展重點。具體表現爲:①普遍採用單機容量爲60 萬~100 萬kW 機組;②工業發達國家廣泛應用單機容量爲60 萬kW 及以上的大容量超臨界機組;③大容量、高效率燃氣輪發電機組發展迅速;④空冷發電機組、熱電聯產供熱機組向大型化發展;⑤機組運行自動化水平不斷提高。

二大容量遠距離高壓輸電、大系統互聯

發展大電網並實行區域電網互聯有如下優越性:①減少系統中的總裝機容量;②大電網能安裝大容量火電機組,有利於降低造價,節約能源;③能夠充分利用動力資源,在更大範圍內進行水、火電經濟調度;④合理利用能源,變輸煤爲輸電;⑤各地電力可互通有無、互爲備用,增強抵禦事故的能力,提升電網安全水平,提高供電可靠性;⑥大電網能承受較大沖擊,有利於改善電能質量。

三高度自動化

電網調度自動化系統是確保電網安全、優質、經濟地發供電,提高電網運行管理水平的重要手段,是電力生產自動化和管理現代化的重要基礎。隨着電力工業體制改革的進一步深化,電力市場的進一步探索,對電網調度自動化不斷提出新的要求,現代電網調度自動化系統的內涵也在不斷豐富、發展,不僅包括能量管理系統(energy management system, EMS)、配電網能量管理系統(distribution managementsystem, DMS)、電能量自動計量系統、水電調度自動化系統等,還將包括電力市場技術支持系統的有關內容。

四電力市場化

電力市場化就是建立電力行業平等競爭的市場機制。市場經濟就是競爭經濟,進行電力體制改革,建立平等競爭的市場經濟運營機制。在市場經濟大的框架下,按照電力行業發展的要求,在確保國家用電安全的情況下,逐步優化科學、公平、公正、有序的電力市場競爭環境,建立發電企業競價上網機制和電網企業競爭輸、配、送、銷的電力產品銷售機制。

五分佈式發電和可再生能源

分佈式發電也稱分散式發電或分佈式供能,一般指將相對小型的發電/儲能裝置(50MW 以下)分散佈置在用戶(負荷)現場或附近的發電/供能方式。分佈式發電的規模一般不大,通常爲幾十千瓦至幾十兆瓦,所用的能源包括天然氣(含煤層氣、沼氣等)、太陽能、生物質能、氫能、風能、小水電等。分佈式發電的優勢在於可以充分開發利用各種可用的分散存在的能源,包括可就地方便獲取的化石類燃料和可再生能源,並提高能源的利用效率。分佈式電源通常接入中壓或低壓配電系統,並會對配電系統產生廣泛的影響。

風力發電技術是將風能轉化爲電能的發電技術,是目前新能源開發技術中最成熟、最具規模化商業開發前景的發電方式。風力發電無需燃料成本費用,蘊藏量大、可再生、無污染、建設週期短、投資靈活、自動控制水平高且安全耐用。缺點主要是爲保證系統供電連續性和穩定性,需要配套就地儲能,目前的電力儲能技術主要有蓄電池儲能、超導磁儲能、飛輪儲能、超級電容器儲能等,這些儲能設備的配置相應的會增加系統投資成本;旋轉運動組件多,定期維護、檢修費用加大,並帶來噪聲影響;風機的安裝對地理位置的要求較高;系統總體效率較低。

大規模風電場接入電網帶來的問題直接影響着電網的正常運行,也會制約風能的有效利用,限制風電場的建設規模。風能的隨機性和間歇性決定了風力發電機輸出功率波動性和間歇性。當風電場容量較小時,這些特性對電力系統的影響並不顯著,但隨着風電場容量在系統中所佔比例的增加,風電場對系統的影響就會越來越顯著。就風電場運行的經驗來看,大規模風力發電場接入電網所帶來的主要問題有:①系統的穩定性,如電壓穩定性和頻率穩定性;②電能質量問題,如電壓波動與電壓閃變、電網高次諧波等;③發電計劃與調度困難。

太陽能是所有可再生能源中最靈活和實用的,它不需要燃料成本,有太陽光照的地方均可利用。目前,成熟的太陽能發電技術有兩種:光伏發電技術和光熱發電技術。光伏發電是繼風力發電之後又一個被世界普遍接受和看好的新能源利用形式。光伏發電是根據光產生伏特效應原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉化爲電能的發電技術,其運行方式包括獨立運行和聯網運行兩種。獨立光伏發電系統是指僅僅依靠太陽能電池供電的光伏發電系統;併網光伏發電系統是將太陽能電池發出的直流電逆變成交流,通過與電力網並聯運行,以避免安裝儲能蓄電池帶來的費用。制約光伏發電技術發展的主要問題是效率和成本。光熱發電主要是利用聚光器彙集太陽能,對工質(工作介質)進行加熱,使其由液態變成氣態,推動汽輪發電機發電。光熱發電正成爲世界範圍內可再生能源領域的投資熱點之一,一些國家已經開始推廣。我國的光熱發電起步較晚,離大規模商業化運營還有較大差距。

生物質能是蘊藏在生物質中的能量,是直接或間接通過綠色植物的光合作用,把太陽能轉化爲化學能後固定和儲藏在生物體內的能量。生物質能資源通常包括木材及林業廢棄物、農業廢棄物、油料植物、城市生活垃圾等。生物質發電主要有直燃發電、混燃發電、氣化發電等。

由於月球等天體引力的變化引起潮汐的現象,潮汐導致海水平面週期性地升降,因海水漲落及潮水流動所產生的能量稱爲潮汐能。潮汐發電與常規水力發電的原理類似,是利用潮水漲落產生的水位差所具有的勢能來發電的。

六特高壓交直流電網

特高壓交直流電網是指在超高壓交直流電網的基礎上,採用1000kV 交流和±800kV 及以上直流特高壓並聯同步或異步輸電的輸電網。特高壓直流輸電由於中間沒有落點,難以形成網絡,適用於大容量、遠距離點對點輸電,因此,特高壓交流直流主要用於大型能源基地的遠距離、大容量外送;特高壓交流輸電由於中間可以落點,電力接入、傳輸和消納十分靈活,是電網安全運行的基礎,特高壓交流電壓等級越高,電網結構越強,輸送能力越大,承受系統擾動的能力越強,因此,特高壓交流輸電主要用於主網架建設和跨大區聯網輸電。

從交直流輸電交互影響上來看,建設特高壓交流電網,可爲直流多饋入受端電網提供堅強的電壓和無功支撐,有利於從根本上解決500kV 電網支撐能力弱的問題,具有可持續發展的特徵。而交直流並聯輸電情況下,利用特高壓直流的功率調製等功能,可有效抑制與其並聯的交流線路功率振盪,顯著改善交流系統的暫態、動態穩定性。特高壓交直流電網將使電網結構更加合理、電網承載能力更強,能夠實現電力大容量、遠距離輸送和消納,保證系統安全運行,具有抵禦各種嚴重事故的能力,爲實現大水電、大煤電、大核電、大可再生能源發電的跨區域、遠距離、高效率輸送和配置提供保障。

七智能電網

智能電網是將先進的傳感測量技術、信息技術、分析決策技術、通信技術、計算機技術、自動控制技術與能源電力技術及原有輸、配電基礎設施高度集成而形成的新型現代化電網,它具有提高能源效率、減小對環境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少電網的電能損耗、實現與用戶的互動和爲用戶提供增值服務等多方面的優點。一般認爲,智能電網主要具有堅強、自愈、兼容、經濟、集成、優化等特徵。智能電網的智能化主要體現在:可觀測,即採用先進的量測、傳感技術;可控制,即對觀測狀態進行有效控制;嵌入式自主的處理技術;實時分析,即數據到信息的提升;自適應和自愈等。智能電網是整個電力行業未來技術發展和管理模式的轉型,通過智能電網的建設,將對輸電、配電、售電的各個環節帶來質的飛躍和提高。

八全球能源互聯電網

全球能源互聯網是以特高壓電網爲骨幹網架、全球互聯的堅強智能電網,是清潔能源在全球範圍內大規模開發、配置、利用的基礎平臺,實質就是“智能電網+特高壓電網+清潔能源”。智能電網是基礎,特高壓電網是關鍵,清潔能源是根本。構建全球能源互聯網,可促進清潔能源大規模開發利用和大範圍協調互濟,推動能源革命和可持續發展,從根本上解決制約人類社會發展的能源安全、環境污染和溫室氣體排放問題。其核心功能是能源傳輸、資源配置、市場交易、信息交互和智能服務;核心內容是從全球性、歷史性、差異性、開放性的觀點和立場研究和解決能源問題。最終實現能源開發實施“清潔替代”,以清潔能源替代化石能源,實現能源結構向清潔能源占主導地位的戰略轉型;能源效率實現“電能替代”,以電代煤,以電代油,“電從遠方來,來的是清潔電”,提高電能在終端能源消費中的比重。

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