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1、智能电网愿景下分布式能源的发展No.01.2012北京电力高等专科学校学报BeijingElectricPowerCollege电子,通信与自动控制囤智能电网愿景下分布式能源的发展谷燕金伟平(安庆市供电公司,安徽安庆246000)摘要:能源需求增长与不可再生资源日趋枯竭矛盾的突出,使清洁可再生能源越来越受到重视,分布式能源(DistributedEnergyResource,简称DER)的快速发展和大规模应用将给智能电网带来新的机遇和挑战.本文首先介绍了分布式能源的相关概念,研究现状和进展情况,结合智能电网的特点,全面阐述其对智能电网中的影响及应用,最后结合我国国情,深入探讨分布式能源的发展前
2、景和研究方向,作进一步的展望.关键词:智能电网;分布式能源;资源优化;节能减排中图分类号:TM714文献标识码:A一,引言美国总统奥巴马为振兴经济,从节能减排,降低污染角度提出绿色能源环境气候一体化振兴经济计划;欧盟为应对气候变化,对能源进口依赖日益严重等挑战,向客户提供可靠便利的能源服务,正在着手制定一整套能源政策;国家电网公司提出了”一特四大”的电网发展战略,促进大型可再生能源基地的集约化开发,在全国范围内实现资源优化配置”.能源需求的增长和不可再生资源的枯竭,促使可再生能源等分散式发电资源数量不断增加,传统的电力网络已经难以满足这些发展要求.为此,各国提出发展智能电网的设想,以实现传统电
3、网的升级换代.目前,建设智能电网已成为各国电力系统与电力市场发展的重大基础战略.以信息技术彻底改造现有能源利用体系,最大限度地开发电力系统的能源效率成为实现目标的主要手段.涵盖双向通信控制,中小型新能源分布发电,即插即用,大容量快速储能,多参数智能计量等先进技术的智能电网将会使传统电网彻底转变成用户和电能运营商双向互动的信息网与服务网.如何构建分布式能源(DistributedEnergyResource,简称DER,含分布式发电,分布式储能和需求侧管理)参与下的智能电网,优化广域资源配置,提供更优质服务成为学术研究前沿.本文概述了DER的概念,优点及应用情况,同时结合智能电网的特点,全面阐述
4、其对智能电网突出的影响,介绍DER参与智能电网的探索与实践,最后结合我国同情,深入探讨分布式能源的发展前景和研究方向,作进一步的展望.二,DER体系构成(一)DER概述DER的兴起,是地球环境可持续发展政策与技术进步的产物,目前已经成为电力系统研究热点之一.DER是指利用各种可用的分散存在的能源,包括可再生能源(太阳能,生物质能,小型风能,小型水能,波浪能等)和本地可方便获取的化石类燃料(主要指天然气)进行发电供能的系统,发电容量通常限定在几十兆瓦以下,同时也包括储能单元.分布式发电因其投资省,发电方式灵活,与环境兼容等特点,实现了对资源的深度综合利用,将生产输送环节的损耗降至最低,从而达到节
5、能的目的.大力发展分布式发电技术将是电力系统未来发展的必然趋势,因此,研究分布式发电具有重要的理论意义和重大的应用价值.表l显示了各国DG发展的状况.袁12005年欧洲部分国家可再生能源的装机容量和发电量风能发电小7j(电光伏发生物能发国家装机容发电量电装机装机容发电量电量/GWh鳝/Mw/TMW容量/MW量/MW/TMW德国l8427.026.51537.01584.08.55564.0西班牙99l1.020.751.81788.03.8879.4丹麦3129.06.62.6l1.0274.0意大利1639.02.337.52405.59.9l313.1英国1565.02.91O.7157.
6、9O.5469.0文章编号:10090l18(2012)01016502(二)DER的优点1,提高供电的可靠性:分布式发电系统中各电站相互独立,用户由于可以自行控制,不会发生大规模停电事故,所以安全可靠性高.自我国2008年初的冰雪灾害发生后,在对出现大规模停电事故的反思时,不少专家提出对于重要用户或小区要建立分布式电源点,作为大电网的必要补充,以提高供电的安全性.2,提高能源利用率:南于分布式电(能)源点不需要长距离输电,因此可以大大减少电网的输电损失.不需要大的热力网,可以减少热网的热力损失,减少电网和热网建设费用.而实现热,冷,电联供,可大大提高能源利用率.3,改善环境条件:采用先进技术
7、,例如采用先进的燃气轮机联合循环,燃料电池,风力发电或太阳能发电,这种分布式能源系统可以大大降低污染物排放,改善环境条件,并特别适用于大电网不能达到的边远地区.在城市地区,采用吸收式集中制冷以代替分散式电制冷,可以减少城市热岛效应.(三)DER应用采用DER中分布式供能技术,有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源,向用户提供”绿色电力”,是实现”节能减排”目标的重要举措.目前各国都致力于电动汽车(ElectricVehicle,EV)技术研究开发与推广应用,美国从7870亿美元经济刺激计划中拨款24亿补贴新型EV及其电池,零部件的研发.EV以其良好的环保,节能特性,成为当今研究的热点之一.1
8、3本推出”零排放概念环保房屋”,这种房屋充分利用自然风,光,水,热资源,采用节能环保材料以及太阳能等,最大限度地减少二氧化碳排放.通过”节能,创能,蓄能,实现环保屋二氧化碳零排放的目标.美同建成美国第一个智能电网城,它通过建立新的测量系统,升级现有的变电站,支持新能源分布式电源的并网运行,来实现城市电网的智能化.三,分布式能源对智能电网的影响(一)智能电网概述为了迎接电力行业由工业化向信息化转变的新挑战,提高能源资产利用率,应对全球环境能源危机,全球电力企业和研究机构提出了电力行业的可持续发展方向智能电网.目前对智能电网尚无统一的定义,但基于智能电网的共识是:智能电网可以优化电力用户峰荷时段的
9、用电量,能够实现分布式电源”即插即用”的并网运行方式,进而达到节能减排的目的.智能电网将在传统电力网络中应用最新的信息化和数字化技术,因此智能电网也是现有输配电网的智能化升级.其目的是进一步优化系统运行,提高系统的安全稳定性,并解决分布式电源并网运行产生的问题.(二)DER参与下的智能电网目前智能电网还处于初期研究阶段,不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式对智能电网进行理解,研究和实践,其中提出的概念包括IntelliGrid,ModemGrid,GridWise,SmartGrid等.这些不同的概念对未来电网的特点给出了相似的设想,即自愈,安全,兼容,交互,协调,高效,优质,集成等.坚强
10、的电网等能源体系是支持分布式能源发展的基础,而分布式能作者简介:谷燕(1969一),女,工程师,研究方向:电力系统稳定与控制;金伟平(1968一),男,工程师,研究方向:电力市场,电力系统稳定与控制,电力系统可视化系统.165No.01.2012北京电力高等专科学校学报BeijingElectricPowerCollege电子,通信与自动控制圆源是强大能源体系的组成部分,所以必须要考虑智能电网与分布式能源协涮的关系问题.如何实现集中和分散这些不同发电系统的互动,以达到各种资源和负荷的综合优化平衡;如何协调电网和电源的关系,最大限度地提高系统的总体效率和效益,将足未来电网需要解决的重要课题.电网
11、和电源发展并不相互冲突,它们的发展共同受到宏观经济政策,负荷变化,环保约束等因素的影响.两者只有协J吉i一致,均衡发展,才能实现礼会资源的优化配置,进而实现社会效益最大化.除了建设以特高压为骨于的网架适应大型电源基地的接人,未来的智能电网还要适应各类分布式电源的接入.如何规范分布式电源接人技术要求,实现电源的稳定,无缝,无扰,自动接人,以及迅速,有序,低扰,安全地解列,是影响分布式能源大规模应用的难题之一.(i)DER划智能电网的影响1,微网运行目前,集DG,储能装置,能量采集和负荷监控,保护装置的微网技术成为电力研究领域的热点之一.现有研究和实践已表明,将分布式发电供能系统以微网的形式接入到
12、大电网并网运行,与大电网互为支撑,是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式.微网系统与外部电网有并网运行和孤岛运行2种运行模式.并网模式下,微网向电网提供多余的电能或由电网补充自身发电量的不足,这在很大程度上减少了直接从大电网买电和电力线传输的负担,并可增强重要负荷抵御来自主网故障影响的能力;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时,微网可以与主网断开形成孤岛模式,南DG向微网内的负荷供电.保证微网自身和大电网的正常运行,从而提高供电可靠性和安全性.智能电网为这种双向互动供电提供了技术支持,通过电网企业与电网用户之间的信息交互,需求交互,使得社会效益最大化.但同时微网的孤岛或并网运行给智能电网带
13、来巨大的技术挑战.2,DER对系统的影响图1DER对电力系统的影响随着DER应用的日益广泛,它们在电力系统的渗透率也越来越高.广域分布式能源并网对传统电力系统分析,控制及保护等影响深远.图1显示了DER对系统的影响.分散能源供电会使电力系统负荷预测,规划和运行与过去相比有更大的不确定性.由于大量的用户会安装DG为其提供电能,使得配电网规划人员更加难于准确预测负荷的增长情况,从而影响后续规划;DG的出现,改变了配电系统潮流单向模式,并使得潮流无法预测,影响系统运行的可靠性,同时潮流的改变会导致配电网的电压调整设备出现异常响应;在微网系统中,巾于可能存在一间歇式电源,其频繁的启停操作,功率输出的变
14、化,都可能给所接人系统的用户带来电能质量问题;微网中的分布式电源也可能会成为谐波的汇点,导致分布发电设备的损毁.总之,因DER的渗入,传统电力流从发电向传输到用电的模式不再适朋;未来智能电网上的任意潮流都可调节,不连续不可预见的电能输入(如太阳能,风能)对电网的冲击被降低到最小,甚至电网的物理特性发生根本转变.发,输,配,用对可再生能源的支撑体现在各个环节:发电环节中大量可再生能源的接入,输电领域中应用更高电压等级降低传输能耗,配电领域通过智能表计等技术对智能设备进行灵活控制和调节,开源与节流有机结合,优化资源配置.目前,分布式能源,可再生能源,氢能,天然气水合物,清洁煤等新能源仍处于研究阶段
15、的状况下,依靠信息技术应用推进智能电网绿色能源战略,逐渐成为各国探索智能电网建设的先行策略.166四,进一步的展望(一)建设坚强智能电网现代电力系统机组容量大,网络超(特)高压,输电长距离,交直流混合,大区电网互联等特征构成其复杂性.风电,光能等清洁电源的接人更增加了电力系统的复杂性.DER具有随机性和间歇性,其并网运行将对电力系统的优化潮流,输电阻塞,安全稳定等产生影响,从而使系统的运行成本和市场价格发生变化.能否解决高渗透率微网的复杂动态行为及安全高效运行,是决定分布式发电供能技术能否大规模工业化应用的关键.传统的电网是刚件系统,电网缺乏动态柔性,可组性,自愈性,客户信息缺乏共享性,整个电
16、网的智能化程度低,显然不能满足DER并网的要求.关注电网广域,今景信息,实现DER的柔性接人,建立坚强智能电网足第一步.通过统一智能电网实现电力网格的智能化,解决分布式能源体系需要,以长短途,高低压的智能网络联结客户电源;在保护环境和生态系统的前提下,积极倡导DER用户主动参与智能电网的建设.可再生能源和智能电网的共进需要在开放的系统和共享的信息模式基础L,用户和电网公司之间形成即时连接的网络互动,通过需求侧的积极响应,才能优化电网的运行和管理.借助智能电表,高级计量体系等终端设备,实现数据读取的实时,高速,双向的效果,整体性地提高电网和能源的综合效率,推动智能电网对能源革命的深度裂变.(二)
17、发展节能减排,低碳电力分布式发电供能技术是符合同家重大需求的重要研究课题.能源是人类赖以生存和发展的基础,电力作为最清洁,便利的能源形式,是国民经济的命脉.提高能源利用效率,开发新能源,加强可再生能源的利用,是解决中国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺,能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择.采用分布式发电供能技术,有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源,向用户提供”绿色电力”,是实现”节能减排”目标的重要举措.发展低碳电力,应对全球气候变暖,是实现电力行业可持续发展的重要途径,同时也是智能电网发展所面I临的最大挑战之一.在低碳电力模式,DER等可再生能源通过改善电源结构
18、,改变我国对煤炭依存度过高的状况,实现能源结构多元化,形成清洁能源供应体系,促进节能,减缓能源资源消耗,促进清洁发展机制(cleandeveh>pmentmechanism,CDM)的实施.对电网而言,DER大规模的并网将对电网结构的规划与适应度带来新的挑战;如何建设有利于支撑低碳电力发展的输配电网结构及其配套设备;如何分析各种低碳能源的联网对于系统电压,频率稳定的影响,并对电网安全运行标准重新界定;如何在确保安全运行的前提下,计算各类低碳电源的容量可信度,并决策系统所需的最优备用与最优裕度;如何对电网运行的调度裕度,以及抵御随机风险的能力进行评估等问题亟待解决,实现电网环节的低碳化发展
19、,这都是智能电网和分布式新能源需要研究的新领域.五,结论与建议提高电网的安全性,稳定性,可靠性,应对突发事故和灾难的能力以及综合效率效益,同时实现新能源的规模化利用,把新能源的利用作为我国智能电网发展的重心.结合可再生资源在广域范同内的互补性,构建智能电阿愿景下分布式能源与传统能源的互联互动.与之对应的高级计量体系,需求响应,信息互动,资源优化,低碳电力等技术的不断深入也将为新环境下分布式的发展带来难得的机遇和挑战.如何推进分布式能源和智能电网的共进,则需要更为深入的研究.参考文献:1特高压输电技术国际会议纪要一特高压为纲,建设坚强智能电网R.特高压输电技术国际会议,2009,(5).2UnitedStatesDepartmentofEnergyOfficeofElectricTransmissionandDistribution.”Grid2030anationalvisionforelectricityssecond100yearsEB/OL.3陈树勇,宋书芳,李兰欣,沈杰.智能电网技术综述J.电网技术,2009.33(8):17.
