浅谈新能源发展以及接入智能配电网的影响

发布时间:2022-08-05 作者:admin

1.新能源发展
1.1 引言
最近的这一年来,通过十九大的报告,我们确定了国家对于新能源的大力支持,并且能源危机不仅仅是我国所面临的最紧迫的问题,还是世界一的每一个国家所普遍关心的一个重点问题,可以说大国与大国之间最关心的就是能源问题,因此每个国家都针对这个问题制定了许多严格的标准来解决能源的污染问题以及能源的短缺问题。
我国作为拥有世界第二大能源体系的大国,我国的各种生物能源储存量处于世界的最前列,但是我国的能源消耗最也居于世界的前列,因此我国的能源形势更加的严峻,人均资源占比较少、资源消耗最大、能源供应不平衡、环境污染很大以及能源结构不够稳定等问题的出现,导致我国迫切需要更加清洁、更加高效、更加能够可循环利用的能源。在过去的2014 年,据国家统计局公布的数据显示,我国煤炭储存量3793.9亿t,石油418435.3万t,天然气39874.2亿m,在能源消耗总量中,煤、石油、天然气等化石能源在 2010-2014 年所占比例分别为92.4%,94.3%,93.2%,92.4%,这些化石能源是我国能源消耗的最大的一部分,极其的不均衡,在很大的程度上制约了我国的经济发展。但是在去年,我国的传统能源的储存量与2014年时的储存量相接近,并且我国对于新型的清洁的可再生能源的利用量大大的提高,因此我国的现在的能源的问题已经不是对于新能源的开发问题,而是更加高效的利用新能源,避免传统能源对人们产生的依赖感,同时更加大步的进行可持续发展战略,大力发
展新能源,增加对我国新能源行业的支持。
1.2 我国新能源发展现状
本文通过对许多新型的能源进行分析,这些能源都是现在发展或者能够利用的较为稳定的能源,以此来对我国的能源发展现状来进行分析[1-2]:
1.2.1 生物能方面
我国的生物能源储存量特别丰厚,因此生物能十分具有开发以及利用价值。现如今我国的生物能源有很多种利用形式,主要是利用田间的秸秆以及薪炭林等可以大最利用生物能,这种能源分布范围广、可利用率高,并且生物能在基础设施的建设可以很容易形成,因此这种生物能需要不高的技术水平来支持,但是需要高水平的管理制度来支持。在实际的生物能的利用过程中,前期的准备建设工作比较的简单,因此生物能在我国具有很大的开发潜力。
1.2.2 风能方面
我国目前的风能资源非常的丰富,在资源储备方面,我国的风能资源总最在33.26亿千瓦左右,这种能源的功率高,并且大概有31.33%的风能资源可以被利用到,并目这其中有一部分是海洋中的风能资源,占到了风能资源的大多数,大概在 75%左右;一部分风能资源在陆地上,占据了可用资源的25%,因此我国的风能资源总量大,但是利用难度很高,并且我国的大部分近陆的海洋地区都需要极高的机械设备,并且要具备很高的强度以及很好的耐蚀性,这样就可以利用到海洋中的风能资源,从而更好的缓解我国的能源危机以及可持续发展的战略目标。
1.2.3 太阳能方面
太阳能可以算是人类能够利用的最广泛的一种能量,并且我们都在间接的利用这种能量来生存和生活。我国的地理位置十分的优越,因此我国的太阳能资源也非常的丰富,我国大概有 70%的地区处于太阳能极为丰富的地区,因此我国可以很好的进行太阳能的开发与应用的工作,最为常见的就是家家户户可以看到的太阳能热水器,这仅仅是太阳能最为简单的应用,我国的大型的大阳能利用场所都采用太阳能光伏设备来进行发电,并且这种发电方式有向农村普及的趋势,这种方法极大的促进了人们对太阳能的利用率从而促进了我国太阳能这种新能源的发展与实际应用,并且为我国的能源利用方式提供了新的可能。
1.2.4 核能方面
核燃料是我们未来最有可能会利用到的能源之一,因为核能具有非常强大的能量,完全足够人类进行利用,因此核能的前景是十分不错的。现如今的核能利用的主要方式是核裂变和核聚变,并且核裂变技术已经得到了运用,我国已经有了几个大型的核电站,可以提供大量的能源。而核聚变由于能量过于巨大、反应过程有着明显的不可控性以及巨大的辐射能力,导致这种核能利用方式只能作为国家的武器装备来使用。但是核聚变的能最是核裂变技术的六百多倍,是每吨煤失烧能量的一千多万倍,并且由于海洋中存在着无穷无尽的可供核聚变的原材料氘、氚。与核裂变技术产生的大最的具有辐射性的物质不同,核聚变完全无污染、可再生,是最理想的的新能源,是现如今的人们能够了解到的所有物质中最终能够完美解决人类的能源危机的唯一途径,因此核聚变技术十分的重要,是人们对未来的能源的希望所在,这可以极大的促进社会的进步以及科技的快速发展。
1.2.5 海洋能
海洋能指依附在海水中的可再生能源,海洋通过各种物理过程储存和散发能量,这一部分能量通过潮汐、波浪和盐度梯度等形式存在于海洋之中。人们对海洋能的利用率并不高,在大多数的海洋能的形式中,人们又仅只能利用其中的一小部分,这其中包括了由于海洋中有着各种各样的天气状况,导致海洋发电装置容易被腐蚀,并且由于海浪过于剧烈的缘故,在海洋中的发电装置必须要有足够的强度,这就导致海洋能的开发难度大大的增强,因此海洋能的开发有着很高的门槛,需要经济实力较强的企业和国家的补助来共同开发。海洋能有着非常巨大的能量通量,潮汐能、波浪能和盐度梯度能大概都在2TW这一能量级上,而海洋中的热能具有比这个更高的量级。但是这些能量大部分由于分布范围广从而导致的海洋能能流密度十分的低,并且这些能量也大多数都存在于海洋的中心,也就是远离用电地区的位置。导致难以利用以及传输这些能量。海洋中的储存量非常大,在实际的可利用、可再生的海洋能中,盐差能大概在31亿千瓦左右,波浪能大约在11亿千瓦左右,海流能则较少,仅有3.1亿千瓦左右。这些能最都是能够理论上的能够通过技术来利用的能量,仅仅占了海洋山总能量的一小部分,因此,海洋是一座大型的宝藏,需要我们不断的研发出先进的技术来探寻。
1.3我国新能源的发展前景
我国的新能源的储量十分大,因此我国的新能源的发展前景十分的光明。国家对于新能源持续了一多年的政策支持,使得我国的新能源行业开始不断的发展,但是新能源的利用并没有达到可再生能源的饱和值,可以说还差的很远[3]。例如,在2020年我国的风电发展计划3050万千瓦,所使用的发电总装机的比列也仅占全部的3%。这表明我国对于风由的利用率并不高,因此需要更大的政策支持,并且提高对干可再生能源的宣传度。减少对干传统能源的使用度,根据我国电力科学院的判断,在2050时,我国的可再生能源的电力装机大概会占到全国电力装机的30%左右,其中风力发电会在6%左右。由于我国的地理环境十分优越,我国的大部分圳区有着十分充足的光照条件,因此光伏发电装置在我国有着很好的发展前景,在2020年我国的光伏发电装置的装机最大概在206MW左右,我国有着许多的荒漠,总计在115万亚方公里左右,而一平方公里就可以放置200MWp的光伏发电装置,因此光伏发电装置会得到极大的发展,需要考虑的就是如何面对大漠的特殊环境的考验,还有如何更好的向用电地区平稳的供电问题。我国对干海洋能的利用率极为有限,因此需要我国加大对于海洋能源利用技术的研发,以更早的掌控更多的海洋中的可再生资源。我国的能源结构在不断的调整优化,煤炭的占比已经从之前的 70%降到了现在的64%[4-5],我国通过增加新能源的比重,以此来均衡我国的能源利用比重,因此我国要大力的开发新能源技术,不断的掌控更多的新能源,更好的完成我国的可持续发展战略。
2. 新能源接入智能配电网
2.1简述
近年来,世界范围内能源危机日益加剧,能源的开采和使用加速了人类生存环境的恶化。人类以须在有限资源和环境保护要求的双重制约下发展经济。因此,作为一次能源的最大使用老电力行业综合利用各种新能源具有非常重要的意义。与此同时,以集中发电、远距离输电和大电网互联为主要特性的电力系统的弊端[6-7],也日益呈现,如技术复杂,不能灵活跟踪负荷的变化、局部的偶然事故极易扩散,导致大面积停电等等。因此,各国不约而同的地提出要建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网,将具有智能电网视为未来电网的发展方向,我国也提出了建设坚强智能电网的战略部署。我国新能源近年发展迅速。截至2009年底,风力发电总装机容量超过2500万kW.光伏发电也已达29万kw[8]。由于新能源发电具有随机性、波动性和间歇性.其接入电网会影响电力系统的安全稳定运行。同时,在政府对电动车产业的大力推动下,我国电动车发展迅速,电动车的充电行为也具有随机性、间歇性,并且由于其充电过程中使用整流装置,将会给配电网带来较大的影响。
2.2 新能源发电技术及其对智能配电网的影响
在可再生能源中,光伏发电和风力发电发展最快,世界各国都将其作为重要的发展方向。新能源的转换、利用和并网运行技术,是世界各国智能电网技术的研究焦点。
2.2.1简述光伏发电
光伏发电是应用太阳电池在受到太阳光照时产生光伏效应.将太阳能转变为直流电能.主要由光伏阵列、传感器、储能型茶电池和充放电控制器、升压电路、逆变器滤波击和系统控制案等组成光伏发电具有无噪声、无污染、能量随处可得、不受地域限制、不消耗燃料、运行成本低、建设周期短、规模设计自由度大、可就地使用等优点。国际上利用太阳能光伏发电主要有独立光伏发电系统、联网光伏发电系统、屋顶发电三类[7]。目前.我国光伏电池年产量已突破200万kW,居世界第一,但光伏发电安装量还不到世界总量的1%,与生产大国的地位相差甚远。制约其发展的主要因素是并网成本过高。
2.2.2重点阐述风电新能源发展
(1)风机发电简介
风力发电是目前新能源开发中技术最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。风力发电是利用天然风吹转叶片,带动发电机转子旋转发电。其运行方式可分为独立运行、并网运行、与其它发电方式互补运行如与柴油机组、与太阳能光伏发电与然料电池发电方式等互补等[4]。除大型风电场外,人们正在研究各种微型风力发电技术。据报道,一个由英国、德国和荷兰联合组成的项目已经设计了一幢能利用风力发电的写字楼[10]。大楼呈“双塔”结构,装有3组巨大的涡轮桨叶:两座主楼体的截面都是弧形的.能将风挤向中间,形成“风口”提高风扇的工作效率。在3组涡轮桨叶同时工作时,所产生的电能至少能满足大楼20%的用电需求,但建造成本昂贵。随着技术的发展成熟,如果风电大楼可以在城市推广.它将有望改变城市的供电结构。
(2)风电新能源发展现状
我国在20世纪的80年代中期风力发电才开始进入商业化运用阶段,相对于世界的风力发电开发和应用起步较晚。在风力发电的开发和利用上经常与其他国家进行比较,用于分析我国风力发电的发展过程中出现的问题,找到其中的差距而进行改革创新。我国一直对新能源的开发问题比较关注和重视,进行了大量的人力科研投入,也推出了大量的推动新能源发展的利好政策。我国的风力发电事业也是在受到这样的推动和政策下实现稳定快速发展的,我国的风电新能源发展取得了明显的效果,为我国的能源应用和生态环境问题提供了支持和保障,创造了良好的发展前景,短短几年的发展取得了长足进步。
(3)我国风电新能源发展中存在的问题
①电力项目工程管理不足因为风能属于过程性能源,受到诸多因素制约和影响,风力、风向、风速等都对风力发电的引用带来影响和挑战;并且由于风能资源本身不具有稳定性,极大的随机性导致难以有效掌控,也就导致风能机组产生的电能不具稳定性,电能波动比较大,随机的变化程度也大。风能资源的不稳定性给风电能源的发展带来了阻力和挑战。由于风力资源具有不稳定性,在发电的机组上也带来诸多问题,存储和发电的成本差异巨大,发电成本不高,反倒是蓄电成本比较高。大部分的风力发电机组都不具备蓄电的能力,往往都是只能直接输出电量,在集中进行收集收纳后再科学调理应用。
②风电工程建设布局结构不均
对我国的风电工程建设布局进行分析来看,我国的风电工程建设布局结构存在明显不均等情况,风能资源丰富的地域和电力需求高的地域不匹配,距离相距较远,电网的设施架构也不完善、充足,成了影响我国电力资源分配的制约因素,影响了电力供应的效率和能力。随着大规模的风电能源的开发应用,没有一套完善科学的风电运输工程来做保障,严重制约我国风电资源的发展和电力的优化匹配利用。
(4)我国风电新能源发展中存在的问题的解决对策
①电力项目工程管理进一步完善
风电能源的稳定性不是很强,波动性较大,这就要求对电力项目工程管理的进一步完善。风力发电电力工程建设的要求非常高,电力项目的开发建设人员要严格执行电力项目建设的标准,精准施工建设。在建设的过程当中要结合当地风能的特点,不断分析总结最佳的建设方案和创新性实践,合理匹配风电转换过程中的问题,确保风电能源的高效稳定利用。电力项目工程建设要结合自身情况,勇于尝试、勇于探索新的问题并不断改进,保证风电能源工程在建设过程中安全、有效施工,保证工程建造的质量,保证投入生产使用后能够为社会带来更多经济效益。
②优化风电工程建设布局结构
为了进一步有效地推动我国风电能源的建设和发展,针对我国的风电工程建设布局结构不均的情况,进行了风电工程建设布局的优化。结合国家电投集团山西可再生能源有限公司实际的问题和情况,风电建设工程的建设要具有规划性和前瞻性,提高电网的蓄电存储效率,保障电网运行的综合效率。在风电的转化并网上要针对问题,提高线路传输的转化效率,解决电力布局分布不均、电力应用不匹配的情况。
(5)风电新能源技术发展前景研究
①充分研发大容量风电系统
随着风电资源的大规模开发和利用,风电机组的单机容量越来越不能满足应用发展需求,需要大容量的单机机组的应用,以发挥更大的作用。大容量机组的应用可以改善现有的风电机组运行情况,高效地提供风电能源的应用和开发,提高风电能源的竞争力。不过在大容量风电系统的研究开发上存在技术难题,大容量风电机组的研发阻力也成了风电发展的制约因素,成为风电能源建设团队未来的研发突破方向。
②利用大数据技术加快风电资源发展
风电能源的有效管理和利用离不开大数据时代下的大数据应用,未来的时代也必将是大数据时代,所以结合大数据平台的技术应用和管理成为未来风电能源的技术研究方向。在此基础之上,不仅完成了风电项目的技术改革,还在水电、光伏等项目上,采用云计算技术,实现电源侧数据集中与共享技术突破。风电新能源的技术发展与科学技术的发展同步能够加快发展的速度。
③风电抢装潮背景下提高产出的新技术
在2020年风力发电机组迎来了爆发抢装期,大规模的风电机组抢装背后也使得风电行业重新面临着新的挑战。各大电力集团每度电利润的大幅降低背景下,原来的机组风资源优势进一步缩小,全行业都为风电行业的下一步发展作思考和探索。在不同规模、不同位置和不同机型的条件下,如何在提高风电机组的出电效率的同时,又能降低风电机组的运营成本,是未来风电能源发展的重要方向。在当前的大数据新媒体时代下,各大电力集团传统的数据监管和运营监控只是做到了最基本的满足,并没有充分结合大数据的优势来主导风电运营。当前的人力成本不断地提高,相比之下物联网 5G 快速发展应用,众多新手段更加高效稳定,未来的风电也将实现集中高效的管理和运营。风电的集中运营监控管理要不断在风电技术服务、设备的采购和备件配送等集中的条件下进行发展和创新。政府为了统一管理风电新能源的开发和应用,尝试用不同单位的风电机组建设统一的升压站和监管中心,这一定程度上可能会存在利益责任分配不均的情况。不过现代企业可以在此基础和思路上进行风电资源管理的整合集中,优化数据分析设备配送技术服务等统一集中的监管运营。将同一个电力集团下的不同风电机组集中起来,构建网络式的服务销售平台,再通过信息化物联网平台去推广发展。构建的风电服务销售平台集中了风电运营的数据分析和管理,在采集数据经过分析后,面对即将出现和已经出现的故障可以提供及时的检修配送服务。
2.2.3新能源发电接入对电网的影响
新能源发电的目的是增加电力系统的电量,减少电力系统对一次能源的消耗。新能源发电具有间歇性、随机性、可调度性差的特点。目前,新能源的接入主要分可离双若电、共网发电及两者混合系统三类[11]。在电网接纳能力不足的情况下,新能源发电并网会给电力系统带来一些不利影响,存在的主要问题在众多文献中均有描述,现总结如下。
(1)对电能质量的影响。
风力发电和光伏发电受天气影响均具有间歇性和波动性特点,且一般配有整流-逆变设备和大量的电力电子设备,会产生一定的谐波和直流分量。谐波电流注入电力系统后,会引起电网电压畸变,影响电能质量.造成测量仪表不准确、加重负荷.还会造成电力系统继电保护、自动装置误动作,影响电力系统安全运行。由于其并所电量随机波动较大、可调节性差.并网时会产生较大的冲击电流。从而会引起电网频率偏差、电压波动与闪变引起馈线中的潮流发生变化.进而影响稳态电压分布和无功特性,使电网的不可控性和调峰容量余度增大[6]。新能源发电单元的频繁启动会使配电线路的负荷潮流变化大从而加大了电压调整的难度。由于发电设备采用大量的电力电子装置电压的调节和的控制方式也与传统电网方式有很大不同。虽然一般新能源的发电装置上装有逆功率继电器,正常运行时不会向电网注入功率,但当配电系统发生故障时,短路瞬间会有电流注入电网,增加配电网开关电流.可能使配电网的开关短路电流超标。影响电网安全运行。
(2)对网损的影响。
新能源接入配电网后.配电系统将由原有的单电源辆射式网络变为用户互联和多电弱环网络[1]。电网的分布形式将发生根本性的变化.负荷大小和方向都很难预测。这使得网损不但与负载等因素有关,还与系统连接的电源具体位置和容量大小密切相关。
(3)对配电网系统的实时监控的影响。现行的配电网是一个无源的放射形电网,信息采集、开关的操作、能源的调度等相应比较简单,其实施监测、控制和高度是由供电部门统一来执行的。新能源的接入使此过程复杂化,特别需要对新能源接入后可能出现的“孤岛”现象进行监测预防。当新能源的本电网与主配电网分离后,仍继续向所在的独立配电网输电,就会形成“孤岛”现象。孤岛中的电压和频率不受电网控制,如果电压和频率超出允许的范围,可能会对用户设备造成损坏;如果负载容量大于孤岛中逆变器容量,会使逆变器过载,可能会烧毁逆变示。同时,会对检修人员造成危险;如果对孤岛进行重合闸操作,会导致该线路再次跳闸,而且负荷可能出现供需不平衡,将严重损害电能质量,从而降低配电话的供电可靠性。
(4)并网标准。
目前.我国还没有统一的关于新能源发电的并网标准.关于大中型新能源发电并网对电力系统安全稳定性、电能质量、电网调度和运行等的影响因素.以及电网接纳能力等方面的技术问题尚没有确切定论,对接入系统的有功/无功控制能力、电能质量及低电压穿越能力等的检测手段也不完善,包括对控制器、逆变器输配电设备、双向计量设备及系统安全性方面的检测。随着大中型新能源并网系统的发展,对电网的接纳能力、电量调度运行、配套政策等方面会提出新的要求。
2.2.4电动车充电设备及其对智能配电网的影响
(1)对电能质量的影响。
电动车直流充电机采用电力电子技术、整流装置等非线性设备,在实际使用过程中不可避免的产生谐波和无功电流,从而影响电能质量。文献[12-15]都对充电设备的谐波影响作了详细的研究与分析。
(2)对配电网的其他影响。
电动车采用白天行驶、夜间充电的运行方式,有利于电网的峰谷平衡,改善电双负荷特点,减少为维持电网低负荷运转而引起的调峰费用。不过也要看到,当现存的电力系统容量已经充分利用,且电动汽车在电力系统非低谷用电期充电时,额外的电流需求就不可避免地使系统过载,使其他用电设施受到影响。如果采用增加系统容量的方式就需要增加基础投入,增加了电网的剩余容量,资源利用率相应下降。
3.结语与展望
我国的新能源发展前景极为光明,我国现在的新能源占能源消费总量的12%,距离25%的目标还有很大的一部分努力。我国的煤炭储量虽然还十分丰厚,但是我们要未雨绸缪,并不断的发展新型的新能源设备相关产业,实现我国的设备的自主化研发以及产业化,这样就可以很好的降低新能源开发的成本。并且国家要加大对于新能源的各体系的支持,在更难有成果的的技术上提供相应的支持,减少体制机制的阻碍,使新能源各体系的发展标准化、工业化,加大对于节能减排的氛围的宣传,这样不仅可以增加研发人员的积极性,还可以加大对于新能源的投入。我国的新能源已经发展起来了,但是还是需要经过市场的检验,提高各个新能源企业的核心竞争力,大力发展新能源产业。而随着微网、物联网技术、微型风力发电和光伏发电并网技术以及新型滤波充电析技术越来越成熟,未来的智能配电网必须可以兼容新能源实现负荷侧的交互.支持多元化电源的灵活接入和方便使用。首先,智能配电网可以利用太阳能光伏发电和微刑风力发电不受地域限制的特点,实现新能源的即插即用,建立微型发网系统,组成微型电网,实现自发自用。所请即插即用是指在配电网低压侧(或用户侧自行组网或并网,由智能控制器自动控制组网或并网条件,当满足组网或并网条件时自动组网或并网反之则随时脱网。该方式无需建配电站,可降低附加的配电成本。并减少接入点配电网中的传输功率增加输配电网的输电裕度,减轻输配电网过负荷压力。提高末端电压和系统对电压的调节性能.减少线路损耗。文献[16]提出将不同容量的分布式电源和电动汽车储能设备即插即用式接入,通过收取过网服务费可增加供电企业收入。
其次.电动车特别是电动汽车产业虽然发展迅速,但普及率仍不高。文献[17]也提出了以纯电动汽车替代燃油汽车,很可能是减少了石油进口,但却要增加煤炭进口,不能从根本上提高我国能源的安全性并认为目前不是电动汽车发展的最佳时期,此时建立大型的充电站可能会造成资源浪费。因此.可以考虑在居民小区、大型企事业单位内设立小规模电动车充电站为电动车提供充电服务。
最后,智能配电网还应包括数据自动采集应用与信息的双向传输。通过自动采集配电网的相关数据如供用电量、电压、电流、谐波等进行监控分析,从而实现对智能配电网的实时监控。
综上,智能配电网应至少包括新能源(供、用)接入功能、双向通信网功能、数据自动采集应用功能。目前江门供电局已经建立了一个包括上述功能的智能配电网模型,以便进一步研究分析新能源供用电接入对智能配电网的综合影响,实现对配电网各组件的监控和最优供用电组合。

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