智能电网下新能源与常规能源的协调发展策略分析
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智能电网下新能源与常规能源的协调发展策略分析

2022-01-27 12:06:08 投稿作者: 点击:

摘   要:从传统能源的优势和局限性角度分析新能源发电的机遇与挑战,提出了在智能电网下新能源与常规能源的协调整合建议。我国发展智能电网具有显著的优势,信息革命和新能源革命的整合,是我国在智能电网环境下面临的重要机遇。智能电网条件下新能源产业与常规能源的协调,需要符合科学发展观的内涵,确保电网系统之间、电网系统各个要素之间保持一种相互协同、密切配合的协作状态,确保新能源发电的持续供应、可控制、灵活运用,同时满足常规能源发电的健康发展。

关键词:智能电网  新能源  常规能源  协调整合

中图分类号:TM421                                文献标识码:A                       文章編号:1674-098X(2019)02(b)-0144-03

Abstract: This paper analyzes the opportunities and challenges of new energy generation from the perspective of the advantages and limitations of traditional energy, and puts forward Suggestions on the coordination and integration of new energy and conventional energy under the smart grid. The integration of information revolution and new energy revolution is an important opportunity for China to develop smart power grid. Smart grid under the condition of new energy industry and the coordination of conventional energy need to conform to the connotation of the scientific outlook on development, to ensure that the grid system, power grid system between the elements remain a mutual coordination and close cooperation between state of collaboration, to ensure a continuous supply of new energy power generation, control, flexible use, at the same time satisfy the healthy development of the conventional energy generation.

Key Words: Smart grid; New energy sources; Conventional energy; Coordination

智能电网是将一系列先进技术与原有的输配电基础设施高度集成而形成的新型电网,智能电网的建设进一步提高了能源利用效率,减小了电网运行对环境的影响和电能损耗,不仅能够提高供电的安全性、可靠性,还能为电力用户提供增值服务。智能电网因其具有良好的兼容性,能够满足新能源发电接入的要求,并且改变了原有电网的运行模式。

我国作为全球最大的发展中国家,近年来一直保持较高的经济增长速度,GDP迅速增长,人民生活水平大幅提升,在这一过程中,传统能源做出了巨大的贡献。但随着矿石类资源的持续消耗与二氧化碳排放量的不断增长,对我国社会经济发展带来严峻挑战,我国节能减排压力也越来越大。在新形势下,实现能源节约与合理利用、降低能源消耗、提高能源利用率、积极发展新能源,既是缓解当前能源供应困局的重要举措,也是电力经济发展体质增效的重要手段。在智能电网环境下,我国必须立足节能理念对现有能源结构进行转换,解决新能源与常规能源的协调发展问题。

1  智能电网下新能源发电机遇与挑战共存

1.1 智能电网下新能源发电的机遇

众所周知,传统能源是社会生产生活中常见的煤炭、石油和天然气等资源。新能源则是相对于传统能源的一个新概念,指代能够进行开发利用的可再生能源,如风能、核能、太阳能、潮汐能、地热能等。可再生是新能源区别于传统能源的显著特点。在科学技术迅速发展的社会环境下,还有一部分的新能源特指借助新技术实现对常规能源的创新利用,如洁净煤、生物质能、车载新型燃料等。新能源是一个历史性的、动态的概念,伴随科技的不断发展,新能源的内涵也会发生变化。现阶段的新能源具有较为明显的特征,第一是环境友好性,第二是可再生性,第三是能源储量较大。如太阳能、氢能等,具有极大的能源储量,并且来源于大自然,人类可以源源不断地获取。

国内外发展智能电网的初衷也许各不相同,但有一个可以确定的共同点就是将新能源涵括到智能电网建设之中、并将新能源利用作为智能电网发展的核心部分。在国家电网公司实施的“一特四大”战略中,明确指出未来国家电网建设要以特高压为骨干网架,建设各地电网协调发展的坚强智能电网,大力促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的发展[1]。当前在电力产业领域,常规能源供应不足的矛盾日趋严峻,新能源发电已是大势所趋,而智能电网因其良好的兼容性,能够很好的满足新能源发电接入要求,逐渐改变电网运行结构与模式。目前我国的风能、太阳能等新能源发电均得到大规模的开发和利用,而一次能源发电的比例逐步降低,可以预见,未来新能源发电必将成为电力产业的主流能源。

1.2 智能电网下新能源发电的挑战

在十二五期间,为了促进清洁能源的发展,我国加大了政策力度,积极发展水电、风电、光伏发电,并不断加强清洁能源开发利用和发展的标准建设,增加了对清洁能源的经济投入,不断提高清洁能源的科技创新能力与清洁能源设备制造力。在过去的5年间,非化石能源发展装机增加至5.3亿kW,占比提高至35%。非化石能源发电量增加至15.2万亿kW·h,占比提高至27.8%[2]。当前电力领域水电装机、核电装机、风电装机、并网太阳能发电等发展迅速。可以说,我国新能源的发展成绩显著,并逐步迈向快速、高效发展的新征程。但根据《国民经济和社会发展第十三个五年发展规划纲要》,截至2020年我国非化石能源占一次能源消费总额的比重预计为15%,单位GDP CO2排放比预计较2015年下降18%,表明当前新能源的发展面临着巨大挑战,且新能源的可持续发展仍旧任重道远,需要作出更大的牺牲和更多努力。

新能源的特性决定了新能源发电除了属于生态友好的绿色产业外,还属于高新技术产业,技术研发成本较高,新能源所转化的电能成本远高于传统能源所转化的电能成本。阻碍我国新能源发电的根本因素也不只是发电成本,而是来自于电网。我国新能源资源丰富的地区大部分用电负荷较小,大规模的新能源发电面临着区域电网难以消纳的严峻问题。因此新能源发电需要重点解决的问题是新能源发电效率不高、并网传输难度大等问题。在《新能源产业振兴和发展规划》中指出,到2020年新能源占我国一次能源消费比重将升至15%以上,除水电外的新能源占我国一次能源消费比重有望升至6%[3]。由此可以看出,新能源发电尽管发展前景广阔,但未来一段时间内新能源在我国能源消费结构中所占的比例仍旧较轻,传统能源在未来数十年的消费结构中将长期占据主导地位。实际上新能源发电与常规能源发电看似是两个相对立概念,但新能源与常规能源的关系并不矛盾,也不存在竞争,两者之间的关系是相辅相成、相互协同、优势互补的。

2  智能电网下信息革命与新能源革命的整合

智能电网是未来电网产业发展的主流趋势,其核心技术在于数字化电网系统、信息化电气设备、分布式能源系统。和讯网有报道称“IT产业的深度革命与能源革命将成为孪生兄弟,智能电网改革将推动能源革命的深度裂变”。《财富》杂志认为,伴随配电系统进入计算机时代,数字电网建设将使美国能耗整体降低10%,与此同时,减少约25%的温室气体排放量、节省数百亿美元的电厂建设经济投入。智能电网这一技术革命,通过数字化信息网络系统将能源资源开发、输送、转换、输配电、供电、售电、电力服务、蓄能、电力客户、电气设备等连接在一起,充分利用天然气、风能、太阳能、水能、核能、废弃资源等,借助分布式能源系统、科技化的蓄能和蓄电系统等将能源利用效率与能源供应安全提高到全新水平。

智能电网通过电力网建立了通信系统,改变了当前电气设备与信息产品的基本概念,面向智能电网,人类需要面向现代化信息技术重新定位电器产品,开展信息化家电的设计与制造,在这一过程中需要通过整合各种信息网络进行数据交互,通过优化电力需求实现能源利用率、设备利用率、投资收益的大幅度提升。一方面降低电网运行煤耗,一方面提高发電设备的利用效率与安全性,通过多维度的技术整合,实现新能源开发、节能减排、资源综合利用、电力需求侧管理、绿色配额交易的一体化建设。

信息技术使智能电网建设成为可能,在智能电网建设的前提下,信息技术与新能源的整合将会带来各式各样的新技术、新产品、新服务等。我国发展智能电网具有显著的优势,如果能够紧紧把握住智能电网建设的脉搏,坚持改革开放的心态、坚持优化发展的战略,很可能成为智能电网产业领域的佼佼者,参与到智能电网产业标准制定之中。信息革命与新能源革命的整合需要多项技术与多种产品的协同配合,智能电网与新能源发电的齐头并进如果缺少电力公司和电气制造厂商的配合,则难以形成实用性强、节能性好的产品。如果电气制造企业和电网企业能够结合需求侧管理开发有价值的实用智能电器,我国必将在终端产品市场上占据制高点。

信息革命和新能源革命的整合,是我国在智能电网环境下面临的重要机遇,也是一项重大的挑战。在机遇与挑战并重的背景下,电网企业可以抢占先机,大力发展分布式能源、电网信息技术、常温超导输电技术,使智能电网成为新的网络信息渠道,并作为电力需求侧管理的关键环节[4]。我国电网企业具有极强的执行力,在发展特高压电网、应对冰雪灾害和地震灾害方面取得的成就有目共睹。面临信息革命与新能源革命的整合,我国电网企业有望成为未来新技术的领跑者,主导相关标准与通信协议的制定,积极开发智能化电器,智能电网引导的新技术也必将引领产业振兴,促进电力经济可持续发展。

3  面向智能电网环境协调新能源与常规能源的方式

智能电网的特征包括能够自愈、自动抵御攻击、最大限度满足客户用电需求;智能电网对不同发电形式接入时的兼容性更强,能够保证电网持续处于高效稳定运行状态。智能电网支持新能源发电的正确、合理接入,同时也能够适应分布式发电和微电网的接入,既能够满足电力需求侧管理功能,也能实现用户高效互动,更好的满足用户电力需求。新能源发电的优势在于可再生、可属地化开发、可分散式利用,其最为突出的优点是环保,但缺点也十分明显,如能量密度低、具有波动性、具有不稳定性和间隙性[5]。新能源发电明显区别于常规能源,给电网运行带来的巨大困难。要实现智能电网条件下新能源产业与常规能源的协调,需要符合科学发展观的内涵,确保电网系统之间、电网系统各个要素之间保持一种理想状态,相互协同、良好搭配、紧密协作。新能源与常规能源的协调作为一个演化过程,是一个由简单到复杂、由低级到高级的良性发展过程,无论是新能源发电系统的发展还是常规能源发电系统的优化,都要考虑系统和系统各要素之间的协同关系,坚决不损坏其他系统和系统要素,不单一追求某一方面的发展、进步,也不受到某个单一系统或系统要素的制约,更多追求整体系统或要素整体的全局发展,做到综合性、整体化、均衡性的发展。

智能电网下新能源与常规能源的相互促进、相互协调要求两者发展速度同步、技术相互适应、发展规模均衡、技术发展与政策法规配套。立足新能源发电,在智能电网条件下,确保新能源发电的持续供应、可控制、灵活运用,同时满足常规能源发电的健康发展。一方面提高智能电网接纳新能源发电的能力,满足新能源发电大规模发展的需求;另一方面实现整个电网系统的科学整合,为新能源发电大规模并网提供便利条件。就我国电力发展现状而言,我国化石能源装机占总数50%以上,预计到2020年,我国煤电占比约为55%,水电占比约为18%,风电占比约为10%,气电占比约为5%,核电占比约为3%,太阳能发电占比约为5%,生物质发电占比约为5%[6]。我国电力产业格局受电源与负荷的影响较大,因煤炭资源主要集中分布于西部、北部和中东部,故当前“西电东送”、“北电南送”的电力格局短期内不会转变。基于智能电网环境实现新能源与常规能源的协调,近期目标主要是由火力发电、水力发电主导的发电逐渐转变为火电、水电与新能源发电并重的共同发展新格局。

能源资源与电力负荷需求之间的矛盾日益加深,智能电网系统建设备受重视,也势在必行。伴随节能减排的深入发展与电力供求关系的缓和,我国逐步开始加大力度调整电力行业现有结构,逐步清除常规能源发电行业的弊端,在新能源发电日渐成熟的过程中逐渐“关小”常规能源的步伐,转变现有电力工业结构。在十三五期間,新能源与常规能源的协调重点在于深入改革火力发电主导的电力产业结构,深化调整火力发电电源建设,以智能电网综合优化能源配置的优势,实现电力工业能源结构的合理配置,不断优化调整电网布局。

面向智能电网实现新能源与常规能源的有效协调,需要结合新能源与常规能源各自不同的特点,综合运用新思维合理规划配置能源结构,使新能源与常规能源的优势最大限度的发挥出来,完成电网运行的新使命。第一,能够接受大规模集中式、分布式的新能源发电,使智能电网成为新能源电力的输配电网络。第二,将分布式电源、能源综合高效利用系统、科学规范储能装置与电网融合起来,打造高效率、灵活性好的电网。第三,依托智能电网提升供电可靠性,建设合理、安全、高效的电力供应系统和能源分配系统。第四,整合信息资源与能源资源、信息资源,打造电网系统综合服务体系。

4  结语

基于智能电网建设的大环境,我国积极在风电、太阳能发电、生物质能发电等新能源板块均衡发展,这种多元化发电模式不但满足了社会和经济发展对电能的需求,同时也优化了电力能源结构。以往发展常规能源所积累的经验与技术,可以促进常规能源的清洁、高效利用,可以使新能源更加有效、实用,并催生各种清洁能源技术。以科学、创新的思维合理规划配置新能源和常规能源,可实现取长补短,为建设新能源电力输送和分配网络、建设高效灵活智能能源网络、提高供电可靠性、形成综合服务体系提供保障。

参考文献

[1] 邓松,岳东,朱力鹏.电力大数据智能化高效分析挖掘技术框架[J].电子测量与仪器学报,2016(11):1679-1686.

[2] 孙宏斌,黄天思,郭庆来,等.基于仿真大数据的电网智能型超前安全预警技术[J].南方电网技术,2016(3):42-46,5.

[3] 马虹哲.智能电网信息安全威胁及防护关键技术研究[J].信息通信,2017(12):162-163.

[4] 辛培哲,等.适应经济社会发展的智能电网发展战略研究[J].分布式能源,2018(1):21-27.

[5] 吴彧.智能电网的发展及适用性分析[J].科技风,2018(13):170,191.

[6] 左晓宁,张钊.智能电网建设方案初探[J].通讯世界, 2018(3):180-181.

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