【前沿】新一代電力系統將解決新能源并網輸送難題

2017-09-15 19:19:34 科學網　點擊量：評論 (0)

電力系統，被稱為地球上最復雜的人造系統。風電、太陽能等新能源的加入，使這個復雜系統更加令人頭痛。大規模風電、太陽能光伏電站是靠天發電的，不像火電可以被靈活控制。它們的輸出功率具有隨機波動性和不可準

電力系統，被稱為地球上最復雜的人造系統。風電、太陽能等新能源的加入，使這個復雜系統更加令人“頭痛”。

“大規模風電、太陽能光伏電站是靠天發電的，不像火電可以被靈活控制。它們的輸出功率具有隨機波動性和不可準確預測性，造成了電力系統的調度運行非常困難。”華北電力大學電氣與電子工程學院院長李庚銀說。

在我國，新能源的儲量非常豐富，特別是風電和太陽能發電，都具有大規模開發的可行性。按照李庚銀的估計，到2020年新能源會占到能源消費的15%左右，已經成為重要的“替代能源”;到2030年預計新能源將占能源消費的25%左右，成為“主流能源”;到2050年，這一比例將會達到40%左右，新能源將成為“主導能源”。

然而，新能源發電領域早已冰火兩重天。一方面，風電、太陽能發電得到追捧，大力開發包括風能、太陽能、生物質能、核能在內的新能源，早已成為實現能源和環境可持續發展的必然選擇;另一方面，電源結構性矛盾非常突出，缺少快速響應新能源電力隨機波動性的調峰能力，大規模新能源電力的消納面臨挑戰，棄風、棄光現象嚴重。

除了入網問題外，輸送也讓電力系統變得更復雜。“我們的能源基地，無論是傳統的火電、水電，還是新能源電力，大部分集中在西南、西北、華北北部、東北，而電力負荷中心基本都在東南沿海地區，于是西電東送成為必然趨勢，而這種大容量、遠距離的輸送，使得電力系統的運行控制變得非常復雜。”李庚銀說，目前，我國在建和建成的最遠輸電距離已經超過三千公里。

在傳統電力生產格局受到挑戰的情況下，科學家提出了一個新概念——系能源電力系統。李庚銀介紹，電力系統要在隨機波動的負荷和隨機波動電源之間，實現能量的供需平衡，其結構形態、運行控制方式以及規劃建設、管理都會發生根本性的變革，所以形成了以新能源電力生產傳輸消費為主體的新一代電力系統，即新能源電力系統。

這并不是我國僅有的概念。2008年，德國提出了國家級能源互聯網項目“E-Energy”，利用信息和通信技術開發新的解決方案，以滿足未來以分布式能源供應為主的電力系統需求。針對可再生能源的日益普及，美國能源部也提出了FREEDM項目，其理念是在電力電子、高速數字通信和分布控制技術的支撐下，建立具有智慧功能的革命性電網構架，吸納大量分布式能源。

對于“新能源電力系統”，我國科學家要研究的內容還不少。“我們要從電網的響應、電源的響應、負荷的響應三個角度挖掘其內涵。”李庚銀說，從電網的角度，要研究新型電網結構，包括特高壓輸電、電網智能調度及控制安全防御等;從電源的角度，要研究電網友好型先進發電技術、多能源互補和火力發電的產業運行等;從負荷的角度，要研究可平移負荷資源的利用與儲能、新型用電方式和供需機制等。

“現在，這個研究工作還是在理論研究階段、方法研究階段，沒有形成能夠在電力市場應用的產業化軟件，但是我們有一些計算實例，希望在未來幾年能夠進一步得到企業的支持。”李庚銀說。