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智能电网能否解决分布式电源并网难

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-11   来源:财新-无所不能   作者:范征   
      德国的能源系统已经历了厂网分离、输配分离、配售分离以及电力交易市场化多年,积累了能源领域众多的成功经验。其中,新能源发电量已经占到总发电量的30%以上,90%以上又是直接并入配电网(在德国一般是10kV和20kV)。由此,所谓的分布式发电在德国已经实实在在的推广应用了。以德国的智能配电网发展作为案例可以指引未来技术方向。
 
      说到新能源,广大受众的第一印象会是“波动的”能源:依靠老天吃饭而“不可控”。如果大力发展分布式新能源,是否会出现电源波动的问题?是否会影响用电质量?实际上,新能源带来的问题还并不止这些。电流将打破传统概念而从低压向高压流动,产生逆向潮流问题进而影响局部电压,由于短路电流提供不足产生保护设备重新设计问题,用户侧最关注的电能质量和电网侧关注的功率因数的问题也会出现。新能源并网装置,即电力电子器件的发展已经有较好的发展,如光伏逆变器的能量转换效率最高可达到98%以上,基于这方面的技术发展将逐渐地不再给产业升级造成瓶颈。由于所产生的问题多是系统问题,若想发展大规模分布式并网,需要在系统,即配电网中解决,这正是多个国家提倡的智能电网的重要组成部分——智能配电网。
 
      未来智能配电网的发展方向不外乎将在节能、安全性和经济性这三个元素之间寻找平衡,在电力行业中,可以解读为节能降损、提高供电安全性和减少电网建设整体投资。结合需求侧管理技术和应用的智能配电网可以使大规模新能源并网的经济性最优化,充分利用有限的电网传输容量,并且保证高质量的电能供应。实现这一目标还主要依靠传统的三种技术,即测量、控制和自动化技术。对于配电网运营商(DSO)而言,将更需要了解前沿的技术趋势和相对应的经济性和安全性,即所谓的总体效率。具体哪些技术今天已经存在,其中哪些可以作为解决以上问题的万能钥匙是我们不断关注的重点。
 
      电网的智能化有哪些技术形式或产品组成?对此,不同背景的公司会有完全不同的解读。不论怎样,其中将主要包括以下几点:新能源发电,即节能环保的发电形式,更有利于可持续的智能化发电模式;未来市场机制,如电力服务、电力保障和电力交易;电力数据的测量和处理,如智能电表、大数据云端处理、智能网关;大型国家的电力互联网,洲际电力互联网,跨州电力互联网等;智能电力消费终端,如智能产业园区、智能楼宇、智能工厂、智能家居等;多种储能形式和电动汽车这样的智能负荷。按照业界通用定义叙述为:>智能的电网即为这样一个电力网络,它可以整合消费端和不同形式的发电端,并确保节能、供电安全和经济性。
 
      那么,未来的智能配电网与传统的配电网具体有何不同?智能电网引入了哪些新技术?下图提供了一个清晰的比较说明:
 
      传统配电网是单向电流流动,配电网只接收负荷,变压器为普通配电网台区变压器,配以简单的保护和自动化、通信设备。未来配电网,即所谓的智能配电网拥有复杂的分布式供电系统,造就了复杂的双向潮流,需要安装智能电表等测量装置,并在低压侧有储能设备和电动汽车并网,需要配电网对低压端口进行调控和双向通信,不论中压还是低压都将配有复杂的线路保护。这些巨大的变化发生之快,是很多配电网运营商猝不及防的。至今,还只有少数配电网运营商拥有效率极高的监控系统,不论配电网运营商还是输电网运营商未来必须要快速地和经常性地应对动态的发电曲线、潮流逆向、配网侧频繁无功补偿装置投切和电压调节等新的挑战。
 
      以德国配电网发展为例,德国电力网络在几十年的发展过程中已经成为欧洲最坚强的电网系统。年平均停电时间在16分钟以内,对应的系统可靠性为99.99%。超过800家的德国电网运营商运营着超过178万公里的电力网络,多数当然是低压网络,连接着本地的配电网运营商,最终并入高压网络。这种布局已经存在了数十年没有改变,这些传统网络是上个世纪设计的,并没有考虑应对大规模新能源并入、大量的节能减排要求和新的经济性指标,所以配电网升级换代已经刻不容缓。基于这些情况,德国政府和欧盟正在支持大规模的智能电网科研项目。
数据来源:德国联邦电力监督委员会,Bundesnetzagentur,数据更新至2013年9月1日
 
      从数据中可以看出,由于电力系统尤其是配网系统的优化,新能源的大规模接入并没有降低德国的用电可靠性。所以,只要在系统优化的前提下进行新能源的大规模接入并不会牺牲电网安全。
 
 
      【作者:范征,从事新能源并网、电网规划和电力软件研发等工作。毕业于德国亚琛工业大学,曾就职于德国电力经济与能源研究所、Photon光伏测试实验室、中国电科院和DNV GL,并与业界同仁共同创立了“德国华人新能源协会”。】 

 
 
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