【前沿】新一代电力系统将解决新能源并网输送难题

2017-09-15 19:19:34 科学网　点击量：评论 (0)

电力系统，被称为地球上最复杂的人造系统。风电、太阳能等新能源的加入，使这个复杂系统更加令人头痛。大规模风电、太阳能光伏电站是靠天发电的，不像火电可以被灵活控制。它们的输出功率具有随机波动性和不可准

电力系统，被称为地球上最复杂的人造系统。风电、太阳能等新能源的加入，使这个复杂系统更加令人“头痛”。

“大规模风电、太阳能光伏电站是靠天发电的，不像火电可以被灵活控制。它们的输出功率具有随机波动性和不可准确预测性，造成了电力系统的调度运行非常困难。”华北电力大学电气与电子工程学院院长李庚银说。

在我国，新能源的储量非常丰富，特别是风电和太阳能发电，都具有大规模开发的可行性。按照李庚银的估计，到2020年新能源会占到能源消费的15%左右，已经成为重要的“替代能源”;到2030年预计新能源将占能源消费的25%左右，成为“主流能源”;到2050年，这一比例将会达到40%左右，新能源将成为“主导能源”。

然而，新能源发电领域早已冰火两重天。一方面，风电、太阳能发电得到追捧，大力开发包括风能、太阳能、生物质能、核能在内的新能源，早已成为实现能源和环境可持续发展的必然选择;另一方面，电源结构性矛盾非常突出，缺少快速响应新能源电力随机波动性的调峰能力，大规模新能源电力的消纳面临挑战，弃风、弃光现象严重。

除了入网问题外，输送也让电力系统变得更复杂。“我们的能源基地，无论是传统的火电、水电，还是新能源电力，大部分集中在西南、西北、华北北部、东北，而电力负荷中心基本都在东南沿海地区，于是西电东送成为必然趋势，而这种大容量、远距离的输送，使得电力系统的运行控制变得非常复杂。”李庚银说，目前，我国在建和建成的最远输电距离已经超过三千公里。

在传统电力生产格局受到挑战的情况下，科学家提出了一个新概念——系能源电力系统。李庚银介绍，电力系统要在随机波动的负荷和随机波动电源之间，实现能量的供需平衡，其结构形态、运行控制方式以及规划建设、管理都会发生根本性的变革，所以形成了以新能源电力生产传输消费为主体的新一代电力系统，即新能源电力系统。

这并不是我国仅有的概念。2008年，德国提出了国家级能源互联网项目“E-Energy”，利用信息和通信技术开发新的解决方案，以满足未来以分布式能源供应为主的电力系统需求。针对可再生能源的日益普及，美国能源部也提出了FREEDM项目，其理念是在电力电子、高速数字通信和分布控制技术的支撑下，建立具有智慧功能的革命性电网构架，吸纳大量分布式能源。

对于“新能源电力系统”，我国科学家要研究的内容还不少。“我们要从电网的响应、电源的响应、负荷的响应三个角度挖掘其内涵。”李庚银说，从电网的角度，要研究新型电网结构，包括特高压输电、电网智能调度及控制安全防御等;从电源的角度，要研究电网友好型先进发电技术、多能源互补和火力发电的产业运行等;从负荷的角度，要研究可平移负荷资源的利用与储能、新型用电方式和供需机制等。

“现在，这个研究工作还是在理论研究阶段、方法研究阶段，没有形成能够在电力市场应用的产业化软件，但是我们有一些计算实例，希望在未来几年能够进一步得到企业的支持。”李庚银说。