可再生能源与智能电网是什么关系?
在发展可再生能源已成趋势的今日,中国能源领域谈论最热门的话题,就是足以推动可再生能源持续健康发展的国家智能电网建设。无论是太阳能和风能的转化与贮存,还是新能源汽车的电池,都需要动力电池的转换。正因如此,智能电网的接入和并网才受到了行业内外前所未有的关注。
所谓可再生能源,即包括太阳能、风能、水能、地热、潮汐、生物质能以及各种热泵技术。而智能电网的发展前景,则很大程度上取决于清洁能源、可再生能源利用的充分程度。当前,能源利用效率问题是全世界无法回避的共同课题。世界各国对于可再生能源利用的平均水平不足1%,即便在欧盟等发达地区,也不足10%。众所周知,我国长期采用较为粗放的经济发展模式,与美国、欧盟相比,我国创造相同的GDP,还要多消耗5至7倍的能源。对此,国家电网公司近年来一直在致力于破解这一困局,为智能电网的普及应用探索出一条新路。
那么,可再生能源与智能电网究竟是什么样的关系?
智能电网,是以物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。当今世界各国因经济水平和发展战略不同,智能电网建设的水平和侧重目标亦不相同。美国侧重于利用可再生能源发电,以解决电网老化和设备更新升级等问题。欧盟扩大可再生资源利用,则将目标指向减少温室气体排放,提高能源利用效率。中国当前的目标,则是建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网。
举例而言,位于河西走廊西段的酒泉市素有“世界风库”之称。甘肃省近年来在此建设了我国首个千万千瓦级风电基地——甘肃酒泉千万千瓦级风电场,2010年底实现装机容量550.45万千瓦,风电发电量突破20亿千瓦时,接近了三峡电站的发电量。但是风电的外送和并网问题一直是困扰风电发展的大难题,只有通过加快建设特高压智能电网,才能提升对可再生能源的接纳能力,为可再生能源的发展提供高效的发展平台。
风力发电机虽然直接产生三相交流电,但是频率会随风速变化。若把风电输进电网,第一步是把它整流成为直流电。在两种情况下,都需要用变流器把直流电变成与电网频率上严格同步、相位上准确匹配的交流电。这不但需要昂贵的设备,而且导致变流时能量损耗。由于风能的间歇性,特别风能的高峰时间与用电的高峰时间在大部分情况下不吻合,如果要使风能成为主要的能源,能量储存是不可缺少的。一般来讲,可再生能源发电的分布式供能具有不稳定和不连续的特点,当并网的分布式能源的系统数量越多时,对电网的冲击越大。而智能电网恰恰在这方面有着不可替代的优势,它实现了规模电能储存,做到了稳定、连续供电,其规模储能单元起到了“电能银行”的作用。
从上述稍显晦涩的描述中,我们可以大致想象出一个画面——以往城市中的锅炉、烟筒将不复存在,冬季取暖的热能和夏季空调的供电将绝大部分来自于太阳能、风能、地热等可再生能源,甚至屋顶的自然光也可以通过导管导入地下车库用来照明。人们将在智能电网的帮助下分享可再生能源对人类的厚爱。
恰如国际大电网组织秘书长科瓦尔在接受CBN记者采访时所说,可再生电源的发展和提高能效,被看作是智能电网发展的主要因素。目前,中国已经拥有世界上最先进的电网设备,需要探索的只是如何将可再生能源并入电网,并安全使用电网的问题,即以清洁、高效、分布式为推进核心。只有在引进消化最新智能电网技术的同时,创新推广最新智能电网产品,才是服务于未来、让中国站在世界智能电网发展最前沿的终极路径。文章来源OFweek智能电网
可再生能源发电工程是利用可再生能源进行发电的工程总称,包括太阳能发电、风能发电、生物质能发电、海洋能发电等工程。
智能电网是信息通信、自动化、能源等技术与传统电网高度集成而形成的新型智能化电网。包括发电、输电、变电、配电、用电、调度六个环节。
举例而言,位于河西走廊西段的酒泉市素有“世界风库”之称。甘肃省近年来在此建设了我国首个千万千瓦级风电基地——甘肃酒泉千万千瓦级风电场,2010年底实现装机容量550.45万千瓦,风电发电量突破20亿千瓦时,接近了三峡电站的发电量。但是风电的外送和并网问题一直是困扰风电发展的大难题,只有通过加快建设特高压智能电网,才能提升对可再生能源的接纳能力,为可再生能源的发展提供高效的发展平台。
新冠疫情大流行给全球 社会 经济发展及生产生活带了诸多不确定性,而气候变化危机和环境问题仍在继续,因此我们比以往任何时候都更需要一个可持续发展的未来。近期,DNV GL发布了一份新报告,总结了加快能源转型所需的战略和政策,包括政府增加政策支持以及一揽子经济刺激计划、扶持新兴技术投资、再培训和更注重跨部门伙伴关系,以更快地转向清洁能源。
第一,呼吁为开发和部署新技术提供更大的支持 。双面太阳能组件、更大的风力涡轮机、浮动太阳能和浮动风能等新兴技术将在未来五年中扮演越来越重要的角色;为了适应可再生能源的增长,电网将需要具备更快地集成数字化新技术的能力。通过支持开发和部署用于清洁电力生产和分配的数字新技术,加快向绿色低碳方案的转变。
第二,敦促各国政府增加对气候的承诺,并迅速采取行动以引入政策和监管框架 。尽管可再生能源技术越来越不依赖政府的支持,但脱碳项目仍面临着与政策制定和实施缓慢相关的过渡风险。没有更高程度的政府及部门凝聚力,政策的不确定性和拖延将持续下去。
第三,集中于后疫情时代投资,以加速能源转型 。新冠疫情带来的风险是长期的,经济不确定性将会削弱气候倡议,但同时也提供了将大量经济刺激方案集中于长期可持续解决方案的机会。世界各国政府都必须致力于疫情后的经济刺激计划,以推动采用低碳或零碳解决方案。后两个是找到促进部门内部相互合作的方法,并鼓励技能型劳动力加入到快速发展的能源行业。
前不久,中国宣布“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”;英国首相约翰逊发起了绿色工业革命和欧洲联盟揭幕计划的“十点计划”,旨在推动英国在2050年之前消除导致气候变化的因素;此外,奥地利、加拿大、美国加利福尼亚、法国、欧盟等全球数十个国家和地区提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标,以实现疫情后经济的“韧性绿色”复苏。
各国对气候积极政策的承诺使大家感到鼓舞,但这只是推进 社会 脱碳所需的必要行动的一部分。虽然许多国家已经制定了能源计划战略,但根据DNV GL的预测这还远远不够。DNV GL表示,需要采取更多行动才能拉近与《巴黎协定》的距离。例如,需要跨行业的支持来促进投资、技术和技能的转变,以达到实现气候目标所需的速度。
可再生能源、电网和能源效率,是加速能源转型至关重要的三个领域 。在最近发布的《能源过渡展望》中,DNV GL预测,到21世纪中叶,全球电力需求的62%将来自太阳能和风能,而太阳能和风能的装机容量为17000GW。尽管当前各国政府都在大力发展可再生能源,但预计增长的可再生能源还远远不足以实现《巴黎协定》的气候目标。
有关专家指出,在“两新一重”项目加速落地阶段,一些高能耗的重点工业、基础设施(5G、数据中心)及建筑等行业,最有希望的途径是提高能源效率,加快电气化发展步伐,使用氢气作为原料或燃料以获得零碳电力,使用生物质作为原料或燃料,碳捕获与封存或使用。无碳方案的最佳组合因装置而异,即使在同一行业内也是如此,因为当地因素决定哪些是最实用或最经济的。
电网数字化转型已成大势所趋,未来10年内能源电力部门需要积极进行数字化转型,并招募或培养数字化人才,以使其员工能够跟上能源转型的步伐。这些员工需要具备敏捷娴熟的多样化数字技术能力,以能够适应并及时了解变化。实现数字转型的技术是可行可用的,但这些技术只有会使用、能够使用的员工才能发挥其最大效应;在企业层面,企业需要在实践技能培训上进行投资,同时要转变思维方式,以确保其员工在技术实施的基础上增加有价值的专业技能。
应对气候危机已刻不容缓,加速脱碳的进程需要多种解决方案的组合,以建立一条可持续的、以人为本的新道路。作为支撑 社会 经济发展的能源电力行业,需要政府、电网企业、电力运营企业等的齐心协力,加速能源清洁低碳转型,以确保更快地过渡发展。
现在的大企业,因为这伯些大企业都会用虚拟电厂去制造衟一些东西,会选择投资电厂。
尽管虚拟电厂已经得到许多专业人士的认可,并在解决各种问题方面发挥着至关重要的作用,但我们不能否认该模型尚未成熟。虚拟电厂之所以受欢迎,有两个原因:一是许多地区因高温而缺电,二是能源市场正在发生巨大变化。电力市场的建立将恢复电力的商品属性。电网公司不再是主要的受电弓,而是分销商。电力交易由知名生产商和用户直接协商。
同时,根据市场的实时供需情况,确定不同时间、不同空间的电价,随着越来越多的居民和工厂需要大量电力,许多省份面临电力等诸多问题,尤其是电力供应不足。以今年四川的高温为例,为了平衡发电量,四川采取了不定期停电和工厂停产的方法,为人民提供电力。与电力调度相关的虚拟电厂再次引起了销售市场的关注。近日,中国首个虚拟中心管理方法中心——深圳虚拟电厂管理中心揭牌成立。
国内虚拟电厂进入快速发展的新阶段。面对虚拟电厂中的主要因素,虚拟电厂已成为人们消费和需求的主要趋势,也可以促进未来的创业发展。这是为了通过不同燃料的有效组合,促进电网的长期发展,从而保护国家环境,促进新能源技术的改革和创新。这将大大提高新能源的有效利用。
鉴于当前的能源短缺,有效的改进也将加强对智能网络的需求感,这只会刺激相关技术的不断创新和突破。面对网络和电网问题,这是一个非常重要的未来发展趋势,它还可以解决交通领域的各种不恰当现象。
一是发电阶段,需要基于各类电源的电网条件和需求特点,最优化各类电源的运行
二是输电和配电阶段,需要通过状态反馈机制,保证电力的可靠性、电能质量、电网安全
三是用电阶段,消费者之间需要通过监控和交互设施进行互动。
与此相对应,意大利国家电力的智能电网在配电侧和用户侧的五大发展重点:
首先它抢占了先机
在欧洲,智能电表的基本定义是把最终用户和能源供应单位联系在一起,通过信息远传等技术及时自动地使双方了解能源的消耗情况,并及时生成相关费用等信息的新一代计量表具。意大利是欧洲最先推行智能电表的国家,智能电表覆盖率在2014年已超过85%,远高于欧盟约30%的平均水平,也居世界各国之首。
对于智能电表基础设施,意大利国家电力在配电侧重点关注低压监测和中断管理、保护发电侧和系统收入的欺诈侦测以及能源平衡管理、系统的柔性负荷管理。
在用户侧,意大利国家电力则强调基于实际消费的可靠计量账单的实现、弹性的电费结构、远程合同管理、为用户提供高效的信息等。
在市场方面,意大利国家电力强调计量数据的有效性和数据解决方案,并通过电表数据提供有效的需求管理和增值服务。
目前,意大利国家电力已为超过3000万的意大利用户安装了智能电表,并在罗马尼亚和巴西开展智能电表的安装,为当地电网负荷监测和精准管理作出了重要贡献。2015~2019年,意大利国家电力计划再安装3000万只智能电表。
创新储能及分布式技术:应对高比例
2013年3月,意大利发布2020年《国家能源战略》法案,其中提出到2020年,可再生能源消费比重占到20%左右,其中电力消费占比达34~38%。该愿景使意大利分布式可再生能源发电市场渗透率很高,预计2017年连接到意大利国家电力公司电网的分布式能源达31吉瓦。因此,意大利国家电力非常重视提高配电侧对分布式可再生能源的智能集成和管理技术,以及智能电网组件应用,如强调对电网结构的优化、分布式能源资源的电网规划与管理、电压调整等,强调为输电系统运营商提供分布式能源的观测和预测信息,以及紧急情况下对分布式能源的控制等。
由于接入意大利国家电力公司电网的分布式可再生能源主要分布在中压领域比例达60%,因此,意大利国家电力非常关注将传统中压电网升级为现代智能电网的各类终端设备的研发和应用,如在中压电网增加检测点、检测线路或电压情况、电流谐波失真信息,以及改造现有中压电网开关设备——环网柜、空气绝缘开关等。
分布式能源的使用需要储能设施的配合。意大利国家电力非常重视开发综合新的储能和光伏系统,通过和储能领域的优秀企业签订合作协议,将储能和光伏系统应用于具有较高商业潜力的国家。例如在南非,意大利国家电力于2015年在南非建设合计输出功率为83兆瓦的光伏电站“Pulida”,投入运营后的年发电量预计在150吉瓦时以上,相当于南非约4.8万户普通家庭的用电量。同时,还基于特斯拉电池的创新光伏组件,为约翰内斯堡地区的家庭能源管理自动化提供解决方案。
在意大利国家电力公司2015年财报和可持续发展报告中,还强调了其对住宅储能技术的高度重视。住宅储能系统是指能够使用户储存自己生产的能源,比如通过光伏系统,用户能将电能储存到电池当中备用。当前,全球并网的住宅类光伏储能系统安装量突飞猛进,据IHS Technology报告显示,2018年全球住宅类光伏储能市场将比2014年增长十倍,良好的市场发展让意大利国家电力对于这种储能技术格外重视。
另外,2015年,意大利国家电力和特斯拉达成协议,对意大利国家电力的太阳能电厂和风电厂集成的特斯拉固定性储能系统进行测试,最初试点是安装一台功率输出1.5兆瓦、储能3兆瓦时的特斯拉电池系统。通过协议的规定,特斯拉能源系统将和意大利国家电力的业务进行深度整合,目的是增加意大利国家电力绿色电力的生产,为可再生能源接入电网提供更加先进优质的服务,还能推动电动汽车的快速发展。
绿色交通:发展多厂商快充
电动交通在碳减排、降低噪声污染等方面拥有众多优势,其重要性日益凸显。意大利国家电力是意大利第一个宣布开展电动车示范运营项目并进行相应基础设施建设的企业。自2011年起,意大利国家电力就开展了各种项目,以加强对电动交通基础设施的建设,其技术重点在充电过程的监测和控制、电动汽车到电网的服务,以及系统中负荷的灵活响应。意大利国家电力重视快速充电、互动操作以及开放式的多厂商电动汽车充电设施建设,通过加强计量数据的有效性和快速响应的解决方案,实现为多厂商电动汽车提供充电服务,以增强电动汽车市场的竞争力。
智能电网:技术创新
在智能电网技术创新方面,意大利国家电力一直致力于采取多种措施创新能源分配机制。同时,意大利国家电力还不断提供更多的项目支持,吸引更多的初创公司与其合作,保持其在技术上的创新性。
意大利国家电力不断加大智能电网方面的投资,2014年投资了大约25亿欧元,2015~2019年将继续增加54亿欧元的投资,以提高服务质量以及提供更多的智能解决方案。
智能电网是电网技术发展的必然趋势。近年来,通信、计算机、自动化等技术在电网中得到广泛深入的应用,并与传统电力技术有机融合,极大地提升了电网的智能化水平。传感器技术与信息技术在电网中的应用,为系统状态分析和辅助决策提供了技术支持,使电网自愈成为可能。调度技术、自动化技术和柔性输电技术的成熟发展,为可再生能源和分布式电源的开发利用提供了基本保障。通信网络的完善和用户信息采集技术的推广应用,促进了电网与用户的双向互动。随着各种新技术的进一步发展、应用并与物理电网高度集成,智能电网应运而生。发展智能电网是社会经济发展的必然选择。为实现清洁能源的开发、输送和消纳,电网必须提高其灵活性和兼容性。为抵御日益频繁的自然灾害和外界干扰,电网必须依靠智能化手段不断提高其安全防御能力和自愈能力。
智能电网(smart power grids),就是电网的智能化,也被称为“电网2.0”,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标,其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
两个都是电力系统专业的新概念。都与新能源技术的大规模应用有关,因为传统电网无法大量消纳光伏、光热、风电等新能源电力,所以才提出以上技术,特别是前者。智能电网最先由米国提出,是一些有信息技术产业背景()的议员在忽悠。