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新能源和智能电网融合是大趋势

  气候变暖、能源短缺是迄今人类所遇到的最大范围的公共危机,向低碳绿色经济转型已经成为世界经济发展的大趋势,节能减排、绿色能源、可持续发展等课题逐渐成为各国关注的焦点。各国政府已开始认识到智能电网在促进开发低碳技术方面的重要意义,越来越把智能电网建设当作一项战略性基础设施投资。
  
  为了卓有成效的推进新能源和智能电网的技术融合与产业发展,10月21日上海市松江区经济委员会与上海市新能源协会联合宁波兴诺创业投资有限公司在上海智能电网产业基地,组织有关专家学者,政府管理部门领导,行业科研机构行家,产业界精英,行业协会领导,特别是邀请从事新能源和智能电网技术融合并取得突破性创新进展的技术专家,共同召开了“新能源和智能电网技术与实践研讨会”。
  
  与会人员普遍认为,提高能源效率和可再生能源使用效率、减少温室气体排放,是未来电网发展的必然趋势,并针对目前各国提出各种智能电网概念和规划进行了研讨,大家一致认为一个可以融合分布式可再生能源的智能电网是国家能源战略的方向,是改革能源布局的必由之路。
  
  智能电网的发展目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网,其核心内容之一是解决分布式能源中各种新能源发电的接入和有效调配以及安全、可靠、稳定运行问题。
  
  解决智能电网与分布式能源的融合问题,是摆在全世界电力行业的一个“心病”。这是因为风能和太阳能光伏等可再生新能源发电存在不稳定、可调度性低、接入电网技术性能差和对电网谐波管理的影响等一系列问题有待解决;对此世界各国都非常关注,提出了不少问题的设想,虽然各有不同,但是,都认识到以分散方式构建组成微网并接入配电网就地平衡,加强用户侧互动与管理,可推进分布式电源利用,促进智能住宅的发展,加速智能电网和互动服务体系建设。
  
  可以说,未来智能电网的重要角色之一的终端用户,是指在新型电力市场中,以利用风能发电、太阳能发电等分布式电源为目的的单一电网用户者。其追求的目标是将自有的发电设备容量在几百瓦至几百千瓦之间,单机容量在100 千瓦以下,自发自用,多余电量自行调配出售或出售给电网,在配电网低压侧(或用户侧)自行组网或并网,由智能控制器自动控制组网或并网条件,当满足组网或并网条件时自动组网或并网,反之,则随时脱网。对于发电设备容量在几百瓦至几千瓦之间的家庭用户,可通过220V插座“即插即得”。
  
  在我国,国家电网公司谈的坚强智能电网,更多的是指如何全国电网一盘棋,建设它的高压、超高压输电网络,让它的输电网络更加优化,特别是跨区域资源的整合,坚强的电源骨干网架是任何模式的智能电网所必须具备的安全支撑基础框架,智能的能源信息框架及控制调配分析决策模型是实现智能电网技术的载体,特别是灵活接入分布式可再生能源将是实现智能电网的巅峰时代。
  
  不过,我国智能电网目前在以利用太阳能发电等分布式电源发电的接入问题和应用推广方面遇到巨大的压力和挑战。
  
  以太阳能发电为例,从技术与市场模式上看,目前有两种作法,一是并网发电、卖给电力公司,这就需要蓄电——变电——输电,进电网后还要二次变电和经过配电后供给用户;这一过程投资增加了约30%,资源消耗了近30%。本身昂贵的太阳能发电系统(大约30-40 元人民币/瓦的投资)一年的发电回报仅一元多人民币(按1 元/度计),回报率仅为2.5%~3%。由于有政府的巨额补贴,每瓦我国补贴约20元(或投资额的50%~70%),以及收购电价的补贴每度1.5~2.5 元人民币,使得投资者有10%~15%的回报。但是,政府的负担巨大,一次补贴每瓦约20 元,而日后电价补贴更不可小视,每一瓦每年还要2~4 元电价,《规划》提出到2020 年太阳能发电180 万千瓦。以此计算国家要承担一次补贴为3600亿元,而每年还要承担电价补贴约为360 亿元。不过这只是美国太阳能屋顶计划发电能力的三分之一;相当于日本2007 年的太阳能发电能力。
  
  另一种方式,就是孤岛形式,一户一系统,自装自用,国家给予一次性补贴,——我国对边远地区(乡村)采用此方式,此方式难以摆脱靠天发电,靠天用电的限制,为了改善应用效果,只有加大投资,增大太阳能发电设备,增加蓄电池容量,这样的结果是好天时浪费,坏天气又不够用,而且,用电大时不够用,不用电时还需要放电(家庭外出旅游一周就出现此状况),对用户用电来说没有保证。
  
  由于系统发电不仅太少,对于孤岛方式而言又不可能组网或并网实现共享或互补,其使用质量和效率大打折扣。
  
  从深层次上看,太阳能发电板(目前大多是晶硅材料),材料制作过程是高耗电的,要其5~7 年的发电才能抵偿,国家扶植进行投资补贴也是双刃剑,一方面从战略上讲是储存了资源,将煤电储存在太阳能电池板上;另一方面,在电网技术与条件不具备时,分布式电能应用模式在需要大量输血,才能维持生存的状况下,无疑造成巨大的投资浪费和资源耗损,其规模和程度也是惊人的。
  
  因此,全球专家虽然没有一个共同的结论,但是共同认识到,随着技术的进步,可预见未来的电网会逐渐摆脱过去单一集中式发电的模式,而转向分布式发电辅助集中式发电的模式。同时,当大量的分布式电源集成到大电网中时,多数是直接接入各级配电网,使得电网自上而下都成了支路上潮流可双向流动的电力交换系统,但现时的配电网络是按单向潮流设计,不具备有效集成大量分布式电源的技术潜能。从而难以处理分布式电源的不确定性和间歇性,难以确保电网的可靠性和安全,问题十分突出。由此可以看出,分布式能源的技术与市场的重要方向就是建立既独立又可以控制的微网并与智能电网相融合。
  
  对此,我国工程技术人员进行了不懈的努力和创新,其中由专利发明人、资深工程技术专家周锡卫高级工程师提出的“混合电力智能调配技术”,正是微网研发实践的典范实例。此次在上海召开的“新能源和智能电网技术与实践研讨会”上发布的混合电力智能配电系统,从技术上和实践上都很好地实现了多能源电力输入,多电源电力输出,智能化节点,数字化互连,节点间自由互连,资源自动调配与共享,自动构建形成微网且可多微网互连、互通;也可以作为电网单一可控的独立用户系统很好的与大电网相连,解决了分布式能源接入电网的难题,实现电能互补,增强大电网和微网两个方面的性能鲁棒性及改善黑启动能力。
  
  混合电力智能调配技术的实践,采用了先进的多传感和双向监测与计量技术、先进的电子电力模块技术、先进的多智能体自动控制方法、独到的“时段关系”路径接续法等先进的技术和方法,实现自由组网以及先进的智能决策与调配模型与支持系统技术,从而构成安全、高效、环保的微网。混合电力智能调配技术的系统方案,突破现有的电力市场的供电模式,相对于目前在全球走红的智能电网的主导技术方案而言,是真正实现用户侧双向交互管理的解决方案,彻底改观了基于智能电表的智能电网给予用户有限信息,特别是用户始终处于被动交互模式。使用户能够自由组网,即插即用,自主买电、自主卖电;用户有机会在电力市场上从被动转向主动,从单向转为双向,找回平等互惠的用户尊严。
  
  科研人员根据研究与实践的初步测算,利用混合电力智能调配技术构成的微网,相对于并网方式其投资可以节省约30%,综合效率可以提高约30%,因此,投资效益相对于并网方式可以提高一倍以上。基于微网形式的用户级混合电力智能配电系统,在无需政府补贴电价的情况下,参照阶梯电价的计算方法进行测算,年收益达到8%以上。使得太阳能发电在政府每年不支付电价补贴即不“输血”的情况下依然能够生存。
  
  由于基于微网形式的用户级混合电力智能配电系统可以方便地组成微网,并可以作为电网单一可控的独立用户系统很好的与大电网相连,解决了用户侧发电供电和组网并网的接入难题,降低了投资和并网的门槛,使民营资本乃至百姓资本易于进入新能源电力市场,将有利于加快新能源和智能电网的建设与发展。
  
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