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聚焦现代电力系统八大发展趋势

北极星智能电网在线  来源:科学出版社    2018/12/24 13:29:38  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:现代电力系统发展趋势主要体现在能源互联网、分布式发电等八个方面。其中分布式发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源,包括可就地方便获取的化石类燃料和可再生能源,并提高能源的利用效率。构建全球能源互联网,可促进清洁能源大规模开发利用和大范围协调互济,推动能源革命和可持续发展,从根本上解决制约人类社会发展的能源安全、环境污染和温室气体排放问题。

由于环境保护、土地使用等因素的限制及新的电力市场竞争机制,迫切需要利用现有的输电网络输送更多的电力,以便最大限度地降低运行成本,提高系统的运行效益,增强竞争能力。如何准确地确定电力系统区域间的功率输送能力及其影响因素,使系统在满足安全性及可靠性约束的条件下,最大限度地满足各区域的用电负荷需求,成为当今现代电力系统的重要研究课题。

本文来源:科学出版社 微信号 ID:sciencepress-cspm

现代电力系统已经发展成为一个由高温、高压、超临界、超超临界机组以及大容量远距离输电网、实时变化的负荷组成的大型互联系统。该系统是世界上目前最庞大和最复杂的人造系统,具有地域分布广、传输能量大、动态过程复杂等特点,其数学模型具有高维、强非线性和时变的特征。

现代电力系统发展趋势主要体现在以下八个方面:

一高温、高压、超临界机组、超超临界机组

现代发电机组主要发展趋势为:以高温、高压、超临界为主要特点的高效率、低污染、低能耗的发电设备和新型的清洁煤燃烧发电技术已成为发展重点。具体表现为:①普遍采用单机容量为60 万~100 万kW 机组;②工业发达国家广泛应用单机容量为60 万kW 及以上的大容量超临界机组;③大容量、高效率燃气轮发电机组发展迅速;④空冷发电机组、热电联产供热机组向大型化发展;⑤机组运行自动化水平不断提高。

二大容量远距离高压输电、大系统互联

发展大电网并实行区域电网互联有如下优越性:①减少系统中的总装机容量;②大电网能安装大容量火电机组,有利于降低造价,节约能源;③能够充分利用动力资源,在更大范围内进行水、火电经济调度;④合理利用能源,变输煤为输电;⑤各地电力可互通有无、互为备用,增强抵御事故的能力,提升电网安全水平,提高供电可靠性;⑥大电网能承受较大冲击,有利于改善电能质量。

三高度自动化

电网调度自动化系统是确保电网安全、优质、经济地发供电,提高电网运行管理水平的重要手段,是电力生产自动化和管理现代化的重要基础。随着电力工业体制改革的进一步深化,电力市场的进一步探索,对电网调度自动化不断提出新的要求,现代电网调度自动化系统的内涵也在不断丰富、发展,不仅包括能量管理系统(energy management system, EMS)、配电网能量管理系统(distribution managementsystem, DMS)、电能量自动计量系统、水电调度自动化系统等,还将包括电力市场技术支持系统的有关内容。

四电力市场化

电力市场化就是建立电力行业平等竞争的市场机制。市场经济就是竞争经济,进行电力体制改革,建立平等竞争的市场经济运营机制。在市场经济大的框架下,按照电力行业发展的要求,在确保国家用电安全的情况下,逐步优化科学、公平、公正、有序的电力市场竞争环境,建立发电企业竞价上网机制和电网企业竞争输、配、送、销的电力产品销售机制。

五分布式发电和可再生能源

分布式发电也称分散式发电或分布式供能,一般指将相对小型的发电/储能装置(50MW 以下)分散布置在用户(负荷)现场或附近的发电/供能方式。分布式发电的规模一般不大,通常为几十千瓦至几十兆瓦,所用的能源包括天然气(含煤层气、沼气等)、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等。分布式发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源,包括可就地方便获取的化石类燃料和可再生能源,并提高能源的利用效率。分布式电源通常接入中压或低压配电系统,并会对配电系统产生广泛的影响。

风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术,是目前新能源开发技术中最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。风力发电无需燃料成本费用,蕴藏量大、可再生、无污染、建设周期短、投资灵活、自动控制水平高且安全耐用。缺点主要是为保证系统供电连续性和稳定性,需要配套就地储能,目前的电力储能技术主要有蓄电池储能、超导磁储能、飞轮储能、超级电容器储能等,这些储能设备的配置相应的会增加系统投资成本;旋转运动组件多,定期维护、检修费用加大,并带来噪声影响;风机的安装对地理位置的要求较高;系统总体效率较低。

大规模风电场接入电网带来的问题直接影响着电网的正常运行,也会制约风能的有效利用,限制风电场的建设规模。风能的随机性和间歇性决定了风力发电机输出功率波动性和间歇性。当风电场容量较小时,这些特性对电力系统的影响并不显著,但随着风电场容量在系统中所占比例的增加,风电场对系统的影响就会越来越显著。就风电场运行的经验来看,大规模风力发电场接入电网所带来的主要问题有:①系统的稳定性,如电压稳定性和频率稳定性;②电能质量问题,如电压波动与电压闪变、电网高次谐波等;③发电计划与调度困难。

太阳能是所有可再生能源中最灵活和实用的,它不需要燃料成本,有太阳光照的地方均可利用。目前,成熟的太阳能发电技术有两种:光伏发电技术和光热发电技术。光伏发电是继风力发电之后又一个被世界普遍接受和看好的新能源利用形式。光伏发电是根据光产生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能的发电技术,其运行方式包括独立运行和联网运行两种。独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统;并网光伏发电系统是将太阳能电池发出的直流电逆变成交流,通过与电力网并联运行,以避免安装储能蓄电池带来的费用。制约光伏发电技术发展的主要问题是效率和成本。光热发电主要是利用聚光器汇集太阳能,对工质(工作介质)进行加热,使其由液态变成气态,推动汽轮发电机发电。光热发电正成为世界范围内可再生能源领域的投资热点之一,一些国家已经开始推广。我国的光热发电起步较晚,离大规模商业化运营还有较大差距。

生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是直接或间接通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后固定和储藏在生物体内的能量。生物质能资源通常包括木材及林业废弃物、农业废弃物、油料植物、城市生活垃圾等。生物质发电主要有直燃发电、混燃发电、气化发电等。

由于月球等天体引力的变化引起潮汐的现象,潮汐导致海水平面周期性地升降,因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能。潮汐发电与常规水力发电的原理类似,是利用潮水涨落产生的水位差所具有的势能来发电的。

六特高压交直流电网

特高压交直流电网是指在超高压交直流电网的基础上,采用1000kV 交流和±800kV 及以上直流特高压并联同步或异步输电的输电网。特高压直流输电由于中间没有落点,难以形成网络,适用于大容量、远距离点对点输电,因此,特高压交流直流主要用于大型能源基地的远距离、大容量外送;特高压交流输电由于中间可以落点,电力接入、传输和消纳十分灵活,是电网安全运行的基础,特高压交流电压等级越高,电网结构越强,输送能力越大,承受系统扰动的能力越强,因此,特高压交流输电主要用于主网架建设和跨大区联网输电。

从交直流输电交互影响上来看,建设特高压交流电网,可为直流多馈入受端电网提供坚强的电压和无功支撑,有利于从根本上解决500kV 电网支撑能力弱的问题,具有可持续发展的特征。而交直流并联输电情况下,利用特高压直流的功率调制等功能,可有效抑制与其并联的交流线路功率振荡,显著改善交流系统的暂态、动态稳定性。特高压交直流电网将使电网结构更加合理、电网承载能力更强,能够实现电力大容量、远距离输送和消纳,保证系统安全运行,具有抵御各种严重事故的能力,为实现大水电、大煤电、大核电、大可再生能源发电的跨区域、远距离、高效率输送和配置提供保障。

七智能电网

智能电网是将先进的传感测量技术、信息技术、分析决策技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术与能源电力技术及原有输、配电基础设施高度集成而形成的新型现代化电网,它具有提高能源效率、减小对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、实现与用户的互动和为用户提供增值服务等多方面的优点。一般认为,智能电网主要具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征。智能电网的智能化主要体现在:可观测,即采用先进的量测、传感技术;可控制,即对观测状态进行有效控制;嵌入式自主的处理技术;实时分析,即数据到信息的提升;自适应和自愈等。智能电网是整个电力行业未来技术发展和管理模式的转型,通过智能电网的建设,将对输电、配电、售电的各个环节带来质的飞跃和提高。

八全球能源互联电网

全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架、全球互联的坚强智能电网,是清洁能源在全球范围内大规模开发、配置、利用的基础平台,实质就是“智能电网+特高压电网+清洁能源”。智能电网是基础,特高压电网是关键,清洁能源是根本。构建全球能源互联网,可促进清洁能源大规模开发利用和大范围协调互济,推动能源革命和可持续发展,从根本上解决制约人类社会发展的能源安全、环境污染和温室气体排放问题。其核心功能是能源传输、资源配置、市场交易、信息交互和智能服务;核心内容是从全球性、历史性、差异性、开放性的观点和立场研究和解决能源问题。最终实现能源开发实施“清洁替代”,以清洁能源替代化石能源,实现能源结构向清洁能源占主导地位的战略转型;能源效率实现“电能替代”,以电代煤,以电代油,“电从远方来,来的是清洁电”,提高电能在终端能源消费中的比重。

本文摘编自李国庆,董存,姜涛著《电力系统输电能力理论与方法》第一章,内容略有删减改动。

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