21世纪中国智能电网的发展

时间:2018-12-25 20:17:54 来源:颍泉新闻网 作者:匿名

智能电网是一种新趋势和新概念。目前,我国许多研究机构和企业已开始研发智能电网。面对国内智能电网发展形势的热点,天津大学余新新院士认为,智能电网不是一个纯粹的技术问题,它涉及许多基本概念,目前国内对智能电网理解的困惑恰恰发生在这些问题上。基本概念。本文试图从基本概念层面阐明中国智能电网的发展。 智能电网是一个自动化且分布广泛的能源交换网络,既可以同时监控电力和信息流,同时监控从发电厂到客户设备的所有组件。智能电网利用分布式计算和通信的优势,为网格提供实时信息,并使其能够在设备级保持即时的供需平衡。 目前,以美国为首的西方国家正在加大对智能电网研究的投入。在中国,相关的研究和布局也已经开始。 然而,智能电网的程序和技术挑战是巨大的。为了促进智能电网的发展,需要进行长期和持续的研发。需要引入旨在激励智能电网的法规,并应通过开放的方法建立国家标准,并应鼓励许多相关行业积极参与。 智能电网的动力 实施智能电网有五个主要驱动力。前四点是从电网角度的反思。最后一点是从国民经济和工业发展的角度思考。 1)实现大型系统的安全稳定运行,降低大规模停电的风险。 近年来,世界范围内的大规模连锁停电事故频繁发生,损失巨大。例如,2003年美国东北部停电造成的经济损失约为60亿美元,这充分暴露了传统电网的脆弱性。一般认为,提高系统的整体可视性和预警能力,以及实现自我修复,是提高电网可靠性和避免事故引起的系统崩溃的关键。考虑到复杂的大型电网易受自然灾害和人为恶意攻击的影响,未来的电网将成为一个更强大的——自主和自适应基础设施,可以通过自我修复响应减少电力中断并快速恢复电力。 。 2)大规模接入和充分利用分布式电源。目前,世界上许多国家已将可再生能源技术的发展升级到国家战略的高度。美国总统巴拉克奥巴马认为,“引领世界创建清洁能源经济的国家将在21世纪引领全球经济。” 分布式发电是一种接近负载端的小型发电技术,可以降低成本,提高可靠性。在可再生清洁能源中,太阳能和风能因其地理分布而广泛分布。因此,分布式太阳能和风力发电技术受到广泛关注。 在分布式电源中有小型和微型燃气轮机(例如CHP,CHP),以及如下所述的小规模能量存储和需求响应。数万千瓦的微核电的未来也在眼前。 随着技术的进步,可以预见未来的电网将逐步摆脱过去单一集中发电的模式,转向分布式发电模式,以协助集中发电。例如,丹麦电网在20世纪80年代中期是一个集中式系统,如今它已成为一个更加分散的系统。 (见图1) 图1过去二十年丹麦发电行业的演变(来源:丹麦能源署) 当大量的分布式电源集成到大型电网中时,大部分都直接连接到各级配电网,使电网成为电网双向供电的电力交换系统。从上到下,但是当前的配电网络是根据单向趋势设计的,没有技术潜力来有效地集成大量的分布式电源。因此难以处理分布式电源的不确定性和间歇性,并且难以确保电网的可靠性和安全性。 3)峰值负荷问题和需求侧管理。 由于没有经济有效的储存大容量能源的方法,所以必须始终平衡电力的发生和消耗。电源负载随时间变化。为了满足供需平衡,必须根据全年的高峰负荷来规划和建设电力设施。 但是,由于峰值负荷附近的时间非常短,因此电力资产的利用率很低。美国实际电网资产利用率约为55%,发电资产利用率不高。配电网资产利用率占整个电网总资产的75%,较低,年平均负荷率仅为44%左右,浪费了大量固定资产。调查显示,中国目前的10kV配电资产利用率低于美国。大多数城市10kV配电线路和变压器的年平均负荷率不到30%。在电网发生主要部件故障的情况下,峰值负荷下的线路负荷率均低于50%。解决上述问题的一种方法是减小负载曲线的峰谷差异。 同时,为了应对电网事故和电力负荷的不确定性,电力系统必须保持(10%~13%)发电容量余量(也称为旋转待机),以确保可靠性和峰值负荷需求这也增加了发电成本和发电容量需求。 幸运的是,真实系统中有很多负载可以与网格友好。例如,空调,冰箱,洗衣机和其他电器可以在高功率负荷(高电价)的高峰期暂停,并适当地转移到不紧的电力负荷的低压期(低价格)帮助电网实现功率负荷曲线。峰值剪切和谷填充。 如图2所示,在美国典型的峰值日的峰值负荷下,住宅用电占峰值负荷的30%,其中2/3,即20%属于负荷可与电网配合,其值超过峰值负荷为旋转备用容量的13%。如果可以提供相应的技术支持,则可以通过电力公司和最终用户之间的交互(需求响应或电力管理)来实现电力负荷曲线的峰化和填充。 中国城市居民的用电量占典型高峰期和一年中峰值负荷峰值负荷的15%至20%,其中约一半是可与电网配合的可翻转负荷。应该注意的是,如果我们能够将峰值负荷降低6%到8%,那么节省的电力资产量将非常大。更重要的是,商业用户和工业用户有可能与电网合作。 需求侧用户和电网之间的这种友好合作也可以在必要时替换旋转备用,以支持系统的安全操作。例如,2008年初的一个下午,德克萨斯州经历了突然的,意外的风力发电急剧下降:三小时发电量下降了130万千瓦。此时,紧急启动的需求响应程序使大型工业和商业用户能够在10分钟内恢复大部分损失的电力供应,这作为这种间歇性电力波动的缓冲器。这种紧急需求响应程序的前提是电网公司和用户已预先签署了协议。4)对电网的限制越来越严格(提高可靠性,改善电能质量,节约能源和环境保护)。 在过去的20年里,通信和信息技术取得了长足的进步。在20世纪80年代的美国,具有嵌入式芯片的计算机化系统,设备和设备以及自动化生产线上的敏感电子设备具有有限的电负载。如今,这部分电力负荷的比例已上升至40%以上,预计2015年将超过60%,这对电网的供电可靠性和电能质量提出了很高的要求。 调查显示,美国公司每年停电和电能质量问题的成本超过1000亿美元,相当于每个购电用户1美元,断电30美元。其中,每年仅发生骚乱和停电(不包括停电)的损失达790亿美元。表1显示了美国电力学会(EPRI)对未来20至30年用户电源可靠性要求的预测。当前的网格不仅可以满足数字社会的这些需求,而且在数字技术的应用中也相对落后,尤其是在分销网络中。 随着产业结构调整和产业升级,中国越来越多的数字化企业对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求。 事实上,配电网络也是一个提高用户电源可靠性的瓶子。调查显示,中国10kV以下的电网影响用户停电时间70%~80%。即使计划的停电时间减少,中国大城市用户的平均年停电时间也大多超过一小时,其中大部分时间是几小时甚至更长。在日本东京,由于配电网络的灵活网络拓扑和配电自动化的实现,其用户的平均年停电时间仅为2~5分钟。在电网发生主要部件故障的情况下,可以保证峰值。负载时间的线负载率可以达到75%~85%(如上所述,中国的值小于50%)。 5)特别值得我们关注:由于技术范围广泛,智能电网的一个关键目标是推广新技术和商业模式,为经济技术发展提供新的支撑点,实现工业革命。思科预测智能电网比互联网拥有更多的市场空间。

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