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传统电网和可再生能源发展中面临的挑战

2015-09-11 14:41      点击:

  

    在过去的几十年里,为适应不断增长的电力需求,传统电网多采用超高压、远距离输电的大规模集中供电模式。虽然这种互联大电网模式能提高发电效率、降低传输损耗,但随着用电负荷的不断增加,也使传统电网的发展面临着巨大挑战:一是日益增加的用电需求加剧了电网负荷峰谷差,导致电网设备的综合利用率不高,进而造成投资成本的增大;二是电网规模及远距离输电线路输送容量的不断增大,导致电网运行的安全性、稳定性和可靠性等问题越来越突出;三是随着电力电子技术的广泛应用,电力电子负荷给电力系统带来了诸多不稳定因素(如电网谐波污染、三相电压不平衡、电压波动等),其结果严重影响电网电能质量;四是因传统能源结构不合理,不仅面临能源危机,而且带来的环境污染问题,这都无法满足建设资源节约和环境友好型社会的要求。

    与此同时,可再生能源作为解决传统电网所产生的环境污染与能源危机等问题的方法之一,越来越受到各国的重视。在此背景下,可再生能源的发展取得显著进步尤其是风力发电、光伏发电,但近两年其增长速度明显放缓,也面临着大规模可再生能源接入大电网的瓶颈。以风电为例,据世界风能协会(World Wind EnergyAssociation, WWAS)及全球风能理事会(Globe Wind Energy Council, GWEC)的统计数据显示,截止 2011 年年底,全世界风电装机总容量达 237GW,且全年新增装机容量达 40GW,预计到 2020 年全球风电将达到 1260GW;在过去十年内,新增装机容量年平均增长率约为 30%,但其增速自 2010 年后开始连续下降,2010~2011 年增长率分别为 32.1%、24%、20.3%;且 2012 年上半年新增装机容量增速进一步减缓,2012 上半年新增装机容量约 16.5GW,比 2011 年同期减少约1.9GW,预计 2012 年全年新增年装机容量增长率将进一步放缓。与世界风电发展进程类似,我国风电也经历从快速增长期到放缓发展期,同时,由于我国风力资源分布相对集中偏远地区,而电力负荷却主要分布在沿海地区,再加上电网建设相对滞后、跨省跨区市场不成熟等原因,导致风电的并网瓶颈和消纳问题开始凸显,出现“弃风”现象,从而严重制约风电大规模开发与应用。根据有关统计数据显示,自 2005 年起,我国风电发展几乎逐年翻倍地快速增长, 2010 年后我国风电装机总容量一直居世界第一,但近两年增速明显放缓。截止 2011 年年底,我国风电装机总容量达 62.36GW,新增风电装机容量 17.63GW,与 2010 年的 18.94GW 相比,全年新增装机减少 6.9%,预计到 2020 年我国风电装机容量将达到 200GW;而 2012年上半年新增装机容量 5.4GW,比 2011 年同期减少约 2.6GW,增速进一步减缓。2011 年,全国风电上网电量达 715 亿 kWh,占全国发电量的 1.5%,但也存在诸如“三北”地区(东北、华北和西北)的“弃风”严重区,其中蒙东和吉林的“弃风”超过 20%。

    新世纪以来,面对可再生能源并网难、现时电网设备综合利用率低以及数字化技术应用等诸多挑战,世界各国相继开展电网智能化的相关研究。BESS 作为一种能实现能量存取、功率双向流动的装置,其开发与应用极大地促进了电网智能化发展:一是相对于传统电网的“刚性”特点,储能系统的加入相当于为电网增加了一个“存储”电能的环节,从而将“刚性”的系统转变为“柔性”系统,有利于提高电网设备综合利用率、增强电网运行“灵活性”;二是既能抑制高比重(穿透比高) 可再生能源的波动程度,稳定其功率输出,又能与可再生能源协调控制实现系统孤网稳定供电,有助于解决可再生能源大规模并网或孤网运行的问题;三是能实现系统有功、无功功率的平衡控制,维持系统电压和频率稳定,尤其是对孤网系统而言,有利于提高系统稳定性、改善电能质量。因此,无论是从传统电网及可再生能源面临的挑战,还是智能电网发展的角度来看,储能技术的开发及应用将成为今后重点研究课题之一。