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第三代電網呼之欲出
江西省火電建設公司   2013-05-09 10:09:52 作者:管理員 來源: 文字大小:[][][]

     面對化石能源日漸枯竭和全球氣候、環境變化的現實壓力,一場新能源革命在全球范圍內悄然興起,我國以煤為主的能源結構和電源結構也將在今后幾十年內逐步改變。隨著可再生能源、核能、天然氣等清潔能源發電在未來有望成為主力電源,電網的發展也將經歷重大轉型。


  推進電能替代 加快電網創新


  2009年,我國向國際社會承諾,2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年降低40%至45%,非化石能源比重達15%。而2020年全面建成小康社會,要實現國內生產總值和城鄉人均收入比2010年翻一番,這意味著我們的能源消費也將快速增長。因此,必須大力發展可再生能源,調整現有能源結構。


  電是優質、高效、清潔的二次能源,電能占終端能源消費的比重每提升1個百分點,單位GDP能耗可下降4%左右。實施以電代煤、以電代油,對于控制能源總量、優化能源結構、提高能源效率、促進節能減排、解決霧霾問題都具有重要意義。電動汽車作為清潔的交通工具,也將是未來汽車工業發展的重要方向。除航空和軍事等領域外,其他方面的能源供應大部分可用電能替代。而目前廣泛應用的可再生能源主要包括水能、風能、太陽能和生物質能等,大部分也以發電形式進行利用。推進電能替代,調整能源結構,可能是未來解決能源需求快速增長與環境壓力的日益增大矛盾的重要出路。


  當前,我國發電裝機容量和電網規模均已居世界首位。在能源革命的大背景下,電網的重要性日益突出。未來大規模電能的利用,要求電網科技創新必須加快。近年來,我國開展了以特高壓為框架的智能電網的科技創新和建設,在特高壓研發和建設領域實現了“中國創造”和“中國引領”。當前,世界范圍能源技術開發日益向綠色、低碳、智能的方向發展。從電能利用結構來看,我國可再生能源發展已經具備了良好的基礎,水電、風電裝機規模均位居世界第一位。電網將成為大規模新能源電力的輸送和分配網絡,應對未來大規模分布式電源并網帶來的技術挑戰與沖擊迫在眉睫。面對世界范圍的新一輪能源技術競爭,我們必須把握第三代電網發展的趨勢,加快研究和建設,力爭取得新的競爭優勢。


  國家電網:特高壓引領電網科技創新


  今年1月18日,“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”榮獲國家科技進步特等獎。消息傳來,電力科技界一片歡騰。


  “建設世界一流電網是一個與時俱進、不懈奮斗的過程。特高壓的成功,標志著我國電網進入了以特高壓為引領、以智能化為方向,全面創新發展的新階段。”國家電網公司總經理劉振亞說。


  2004年特高壓發展之初,沒有經驗、缺乏標準,關鍵設備更是一片空白,困難和挑戰極大。國家電網開展了310項關鍵技術研究,經過不懈努力,攻克了電壓控制、外絕緣配置等技術難關,掌握了具有自主知識產權的特高壓核心技術和全套設備制造能力。國家電網已先后建成3個世界上電壓最高、容量最大、技術領先的特高壓交、直流工程,累計送電超過800億千瓦時。


  特高壓的全面突破,一是促進了能源配置方式由輸煤為主向輸煤輸電并舉轉變,電力發展方式由就地平衡為主向全國范圍優化配置轉變,有效解決煤電運矛盾。二是促進清潔能源加快發展。通過建設特高壓大電網,實現水電、風電、太陽能發電與火電聯合運行、打捆外送,解決清潔能源送出和消納難題。三是帶動裝備制造業升級。為中國輸變電設備制造企業的“金色名片”,改變了國內外輸變電設備市場競爭的整體格局。四是構建洲際輸電大通道。為構建跨國、跨洲輸電通道、建立洲際電力市場,推動全球能源資源優化配置,實現全球能源可持續發展,提供了戰略選擇。


  “長遠來看,特高壓與智能電網、新能源、儲能相結合,將有效解決能源供應問題。”國家電網公司總經理劉振亞說。公司已新建并投運220座智能變電站,目前正在研發集成度高、結構合理、節能高效、國際領先的新一代智能變電站。同時還建成了世界上覆蓋范圍最大的電動汽車充換電服務設施。“下一步,我們將圍繞大電網控制、大容量儲能等關鍵技術開展攻關,爭取在核心技術研發和關鍵設備制造方面取得新突破。同時,依托大電網,支持大水電、大核電與大型可再生能源基地開發,實現清潔能源大范圍優化配置和消納。”劉振亞說。


  現狀:新能源發展要求電網盡快轉型


  來自國網能源研究院的研究報告顯示,我國清潔能源資源豐富,具備大規模開發潛力。其中,水力資源總量位居世界第一,技術可開發量5.7億千瓦;核電現有廠址資源可支撐1.6億千瓦的核電裝機;進一步選址可滿足未來3至4億千瓦的核電裝機需求;風電全國僅陸上50米高度3級以上風能資源潛在開發量約23.8億千瓦;太陽能發電開發潛力可達30億千瓦左右。


  “無論是風能等清潔能源的大范圍優化配置與消納,還是分布式能源的靈活接入與雙向計量,都需要并網來實現。”國網能源研究院副總經濟師白建華對記者說。


  隨著我國新能源開發力度不斷加大,新能源并網對傳統電網日益提出挑戰。記者了解到,以風電為例,我國已成為世界上風電裝機容量最大的國家,但棄風限電成制約風電發展的重要因素。數據顯示,2012年全國棄風電量從2011年的120多億千瓦時增至約200億千瓦時,占全年風力發電量的1/5。主要原因是現有的電網建設還不足以把不能就地消納的電大規模輸送出去。


  白建華認為,實現清潔能源集中式、基地式大規模高效開發,關鍵是通過大電網建立大范圍配置平臺。而分布式清潔能源發電并網會給電網的規劃和運行帶來一些技術難題和影響,主要涉及負荷預測、電源結構、電網擴展、電能質量、保護整定、頻率控制、電壓調節、供電可靠性等內容。


  探索:未來電網清潔化和智能化


  中國工程院副院長謝克昌認為,大規模新能源利用將催生能源供需模式向雙向協調適應模式轉型,即把合適的能源用在合適的地方。這就需要新的基礎設施和儲運配方式的支撐,如汽車充電樁、儲能、分布式能源系統等,而能夠實現消費者和生產者互動的新一代電網是核心環節。


  “以清潔化(接納大規模可再生能源電力)和智能化為主要特征的下一代電網也就是第三代電網將成為未來電網發展的趨勢和方向。”中國科學院院士周孝信說。他認為,提供單一的電力服務的第二代電網,高度依賴大規模使用化石能源,是不可持續的電力發展模式。而能源革命帶來的發電能源清潔化和一定程度的分散化,以及信息技術發展帶來的智能化促使電網開始轉型。


  目前,我國以特高壓為骨干框架的堅強智能電網建設已經取得積極進展,晉東南—荊門1000千伏交流試驗示范工程等相繼投運,實現水電、風電、太陽能發電與火電聯合運行、打捆外送,促進了大煤電、大水電、大核電和大型可再生能源基地集約化開發。而智能電力系統建設也在緊鑼密鼓地進行中。220座智能變電站已經建成。智能電表正在許多地區得到運用。到2015年,除邊遠農村地區外,將全部實現用戶用電信息自動采集。


  “智能電網有望解決可再生能源面臨的最大問題,是因天氣變化而造成的供電不穩定問題。”中國電力科學研究院電力電子應用技術研究所所長湯廣福說。


  “從現在至2030年的中期階段,我國輸電主干網仍將基本保持超/特高壓交、直流輸電網模式,但新的輸電技術會不斷涌現,推動著新輸電方式的突破。從2031年到2050年的遠期階段,技術發展的積累和突破有可能實現多端高壓直流輸電網模式。”周孝信院士說,我國未來第三代電網的構成將遵循國家主干輸電網與地方輸配電網、微網相結合的模式。主干輸電網能適應大規模能源的大容量遠距離電力輸送、大范圍優化配置和間歇性功率相互補償等需要;配電網能適應中小型分布式電源的開放接入和電力需求側互動管理的需求,它的終端將多采用微網結構,形成多網合一的能源信息綜合服務體系。


  周孝信院士還認為,輸電網的功能將由單純輸送電能轉變為輸送電能與實現各種電源相互補償調節相結合。未來的配電網將采用交、直流并存的多樣化配電模式,與通信信息技術廣泛結合,逐步形成適宜接納大規模分布式能源、能夠向用戶提供差異化服務的主動智能配電網,實現與終端用戶能源高效利用系統結合,提高能源利用效率。


  挑戰:重大技術需要有所突破


  根據國家《可再生能源發展“十二五”規劃》,2015年—2020年風電、太陽能發電裝機容量達到5000萬千瓦至2億千瓦的水平,而且主要是位于西部的集中開發模式,這需要在大規模可再生能源接入電網的技術上有所突破。


  我國資源分布不均衡,煤炭資源主要集中在西部和北部,水電資源80%分布在西部,風能、太陽能資源也主要分布在西部;而電力負荷主要集中在中東部地區。從電力流預測結果來看,我國將始終存在大容量遠距離輸電的基本需求。


  當前電網的線損率為6%—7%,大量電能被損耗在輸配電線路和變壓器等輸配電設備中,因此降低線損、提高能源利用效率對第三代電網的建設尤為重要。


  “通過智能傳感網絡和信息系統,在用戶端實現分布式能源、儲能裝置、電動汽車充放電、能源綜合高效利用系統與電網的融合,形成智能能源網絡,能大幅度提高終端能源利用效率。”周孝信說。


  另外,電力系統在滿足國民經濟電力需求的同時,也面臨風險。國內外電網大停電事故,特別是10年來美國、歐洲、印度、巴西等國家和地區電網大停電事故的教訓表明,電網的安全和供電的可靠性始終是電網第一位要關注的問題。


  周孝信院士指出,基于對電網和電網技術發展趨勢的判斷,建設未來電網將面臨大規模可再生能源接入電網、大規模遠距離輸電、提高電網和終端用戶能源電力利用效率、提高電網安全性和供電可靠性這4項重大技術需求。而近期必須開展研究的10項關鍵技術,主要包括大規模新能源與可再生能源電力友好接入技術、大容量輸電技術、大容量儲能技術、電力通信與信息技術、智能配電網和微網技術、智能用電技術等。(經濟日報)


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