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南方电网智能电网发展展望

发布时间: 2018-02-09 12:04     来源: 中电新闻网

1、发展智能电网的战略需求

智能电网是当今世界电力、能源产业发展变革的体现,国际和国内的企业、高校和科研机构纷纷提出了各自的智能电网定义和解决方案,反映出在发展智能电网上的需求。我国科技部明确指出,智能电网是实施新的能源战略和优化能源资源配置的重要平台,涵盖发电、输电、配电、用电和调度各环节,将广泛利用先进的信息和材料等技术,实现清洁能源的大规模接入与利用,提高能源利用效率,确保安全、可靠、优质的电力供应。

我国安排智能电网科研项目的指导思想就是结合我国的国情,满足国家需求,依靠自主创新,以企业为主体加强产业研究。通过攻克关键技术、形成标准体系、完成示范工程、实施推广应用,实现以下目标:①促进清洁能源的发展,为国家在应对全球气候变化等国际事务中赢得更大主动权和影响力;②促进能源的利用效率的提升和能源利用方式优化,应对社会经济发展的需求;③促进智能电网产业链和具有国际竞争力企业的形成,取得国际技术优势地位,推动国际标准化。它的原则是反应国家需求,体现国家目标,凝练重点方向,立足于自主创新,实现整体的突破。

2、发展智能电网的现实需求

发展智能电网的现实需求主要表现在:在传统的电源之外出现了难预测、难调度、难控制的间歇式能源;大量间歇式能源可能以集中接入方式出现在电源侧,也可能以分散接入的方式出现在负荷侧;冷热电联供为代表的分布式供能系统正在兴起;负荷不再是纯粹的负荷,能量可能双向流动。再就是电网所面临的问题,如大电网的安全稳定,远距离大容量的输送以及对系统安全稳定的影响;再就是在供电可靠性,用电效率方面的提高;另外是电动汽车等新的形式对电网的影响,如加剧负荷侧的功率波动,影响安全性和电能质量,高功率、低电量的特点影响电网运行的经济性。

因此,南方电网公司着眼于从国家的层面来解决急需的关键技术,以解决规模化间歇性能源与分布式电源接入问题为十二五科研问题的一个主线。其指导思想是新能源接入、储能、用户交互、电动汽车等方面以科技计划支持为主体,网架、主设备和调度平台方面以企业为主体。而电网本身的问题,包括网架、主设备、调度的问题可能将以企业解决为主。所以国家在十二五先进能源技术领域部署了 “智能电网关键技术研发(一期、二期)”。第一期安排了1个管理重点项目和21项课题,其中包括南方电网公司承担的5项课题。2011年启动第二期智能电网关键技术研发,包括管理项目支撑计划和主题项目。

3、智能电网关键技术研发

第一期智能电网关键技术研发主要集中在6个关键的技术方向:大规模集中接入间歇式能源并网技术、高密度分布式电源并网技术、支撑电动汽车发展的电网技术、大容量储能系统、智能配电与用电技术以及大电网智能调度与智能输变电技术。2011年第二期称为“智能电网高级分析与优化”,安排了一个863重大专项,有18个题目,有6个项目由南方电网承担。这里也包括了十二五的计划,有4个重大的项目:江西共青城的以电网低碳化为特征的智能电网综合示范工程,宁夏自治区的以多环节综合互动为特征的智能电网综合示范工程,海南省的区域智能电网综合示范工程,上海崇明岛的以大规模可再生能源利用为特征的智能电网综合示范工程。这4个综合示范工程包含了从整个省到整个电网、一个中心地区,特别的一个区域智能电网的示范等。

4、南方电网对智能电网的战略规划

南方电网智能电网建设的指导思想是实事求是地推进智能电网的建设,以需求引导、整体规划、有序推进、重点突破为原则,做好顶层设计,构筑一个合理的智能电网发展体系,重点方向是争取在关键领域有所突破,同时开展标准研究,用标准来规范智能电网相关工作,并且有序地推进,同时开展示范先行,在取得经验以后来阶段实施。定位是要构筑一个智能高效可靠的绿色电网,以提高电力系统安全稳定水平,提高系统和资产的运用效率,提高用户侧的能效管理和优质服务水平,提高资源优化配置和高效运用能力,促进资源节约型、环境友好型社会发展为目标。

实施方案方面,南方电网未来10年大概分两个阶段,第一个阶段是规划、研究和示范,第二个阶段是示范、推广和完善。目前规划已经通过了专家审查。实际上智能电网从发输配用电,把它划分为5个关键领域, 17个研究方向, 50多项关键技术的研究。同时配送电关键技术研究安排了50多项标准,也包括国家标准,行业标准,企业标准,还包括有些示范工程,有专项示范和综合示范,构成了一个整体。通过技术研究来进一步编写标准,通过示范来验证技术研究,并且通过示范工程进一步指导关键技术研究的深化。

南方电网的特点包括大容量,特高压,远距离的输电,交直流并行等。其中西电东送的容量南方电网约占广东的1/3。南方电网在煤炭、水电、风能和天然气资源方面所面临的问题。到2010年年底南方五省(区)电源装机总容量170GW,其中煤电、火电占了56%,水电占37%,核电接近3%,相对较高,而风能占的比例较少。现在面临的问题是水电的比例比较高,水火调节困难,另外电源离负荷中心需要更大范围的资源优化配置,更加凸显了电网安全稳定问题。再就是西部大量的小水电接入电网以后将引起功率的波动,低频增大,另外随着大量的海上风电的开发,大规模风电接入的问题。因此需要开展先进的节能发展标准,风波功率预测,小水电大规模接入,分布式电源等重要研究项目。在调度方面面临的问题包括预警,决策能力不强,数据的集约化程度不高,应急反应速度不快这样一些问题。因此南方电网加强了大电网大容量的交流电预警技术的研究,目前为研究支撑南方电网2030年直流输电规模做了一些专题。同时在做一体化电网运行智能接入的重点工作,将来可以在调度运行中有一个变电站中间通过数据服务总线把它连接起来,构成一个网地线合在一起,这样一个分级的一体化二次系统。在输电方面面临着供量超标,控制困难,设备运行监制水平低这样一些问题,还有抵抗自然灾害能力比较弱。因此现在也正在建设几个技术设施中心,包括雷电定位中心、线路浮冰预警监视中心、设备状态监视中心、技术监督中心、仿真技术中心和情报中心等。

变电站驾驶舱技术,使变电站的运行人员所面临的系统就像汽车驾驶舱一样,无论是在广东,还是在云南,贵州,无论是50万变电站还是11万的变电站,监控系统界面都是一样的,结构是一致的,它的功能是模块化的。目前这个工作已经通过了方案论证,有4个试点工程正在启动。

在配电领域南方电网也存在着网架弱,配网自动化、智能化程度不高,供电可靠性距离国际一流的供电企业有较大差距等问题,正在考虑研究智育性的技术,包括配网智能化技术,配网智能调度技术,配网直流技术,南方电网在深圳将考虑建设一个环网直流配网项目,一方面提高项目负荷中心区送电的能力,发挥柔性直流输电的优势,目前在广东佛山一个金融区由政府主导实施了一个配网(智育)的项目。

在用电方面存在着和用户信息互动渠道不畅,服务能力不足的问题,目前正在开展灵活互动的一体化用电关键技术、电动汽车与电网互动技术,节能与能效评估技术、储能技术等研究项目。

在信息通信领域,存在着分布、海量、高速信息采集、处理及集成支撑系统需完善,缺少专业的智能电网应用分析模型和统一的决策分析平台,配网自动化系统的安全体系不够完善,智能电网信息安全防护框架与安全评测体系不够完善等不足,准备从信息通信安全方面开展一体化信息表示模型,主网通信网智能监测、控制和自恢复技术,先进信息安全状态监测、诊断和评估技术等关键技术研究。

南方电网863一期项目做了一个兆瓦级的储能电站项目——位于深圳龙岗区的南方电网兆瓦级电能储能站,设备都是4小时10兆瓦,目前一期建成是4小时5兆瓦,一期现在是建了4兆瓦,还有1兆瓦准备招标,第一个兆瓦是2011年1月份投的,整个占地面积是4100平米,分了两层。在项目之前对各种电池的技术做了比较,最后得出锂电池的循环次数和能量密度比较高,所以这个项目4个兆瓦都选择锂电池,都是磷酸铁铝电池,其中有3个兆瓦是比亚迪提供的,有1个兆瓦是中行锂电提供的。电池厂家也对电池做了长期的分析和研究,比如说用一倍的电池容量来循环充电的时候,如果充放电2次以上它还能够达到80%~90%的容量,如果是一倍的话下降就比较明显,如果到了5000次左右基本上降到60%~70%了,这个电池就不可用了。南方电网给锂电池储能设计的功能有:削峰填谷,系统调频,系统调压,孤岛运行,电能质量治理,新能源灵活接入。主要是削峰填谷的运行,就是在低谷的时候充电,在高峰的时候两次放电,平抑尖峰,以跟踪功率的方式来放电,现在每个月电池大概每一组是50万度电。现在大概一个月,4组电池每一组是一兆瓦有两个500千瓦并联起来的,我们叫八个充电机,总的大概有300多次的充电有400—500多次的放电,应该来讲目前数据还是很稳定,运行情况也很好。在2011年8月份明显的充放电次数会多一点,因为8月份是深圳世界大学生运动员。

这种形式的电池和电动汽车上的电池的差别,显然这个寿命会长一些,造价也会低一点。也比较了电储能站和(抽水蓄能),除了在运行上(抽水蓄能)两三箱运行,这个电池储能站可以四箱运行,可以进行无功的调节,除了这个以外,它在效率上比(抽水蓄能)要高一些,它是75%的效率,就是用4度电抽水发3度电,但是它的成本目前比抽水蓄能要高的多,因为还有一个寿命问题。

海南智能电网综合示范项目,也承担了国家21个项目的一个情况。海南岛综合示范项目主要包含了7大内容:①在海口湾将建设一个大规模间歇式能源和储能设备以及负荷的协同优化道路系统,因为海南也有大量的风电接入,在某些情况下它的间歇式能源渗透率能够达到甚至超过15%,这个间歇能源也是电网的一个研究课题。②抽水蓄能和汽车充放电站以及多种形式的储能的优化配置,在海南要建设两台65万的核电机组,配套就要建设一个抽水蓄能电站。③建设智能变电站和设备的状态监视。 ④建设一些电动汽车的充放电设施。⑤居民区用户互动示范。⑥文明生态村用户互动示范。⑦酒店群智能自愈配网、智能微网、大规模储能、用户互动、电动汽车示范。通过这些项目的研究,提高间歇式能源的整体消耗能力,提高系统的可靠性,在实现智能电网智育控制示范区内,供电可靠性要希望不低于99.999%。要极大提高防灾减灾的能力,同时要建成12个电力汽车充放电设施,来实现环岛绿色自由行,将来要围绕海南岛建设12个,在环岛公路上建设12个电动汽车充电站,这样能够实现电力用户,发电企业,电网企业和社会的效益最大化,也就是说实现社会和经济环境效益的最大化。

5、结论

智能电网的建设是未来电网发展的方向,需要电力行业以及电力企业,各行各业加以关注,同时智能电网建设也是一项长期的艰巨的复杂的系统工作,南方电网将实事求是来确定自己的发展路线和阶段目标,来分布实施,重点推进。

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