可再生能源电网系统有哪些

一、煤电装机将受严控

二、风电+光伏成增量主体

2020年12月12日，在联合国气候雄心大会上，中国首次设定了光伏风电装机目标，到2030年我国风电、光伏总装机容量达到12亿千瓦以上。

三、核电成基荷电源增量主体

在以可再生能源为主的电力结构中，随着煤电的角色淡化，核电正成为基荷电源的增量主体。与风电、太阳能发电的波动性、间歇性相比，核电具有能量密度大、输出稳定、低碳排放等优势，是“去煤电”情景下增加基荷能源的首选

四、储能、抽水蓄能建设将提速

2021年7月23日，国家发改委、国家能源局发布关于加快推动新型储能发展的指导意见。意见提出，到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。根据意见，预计2025年装机规模达3000万千瓦以上。新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用。

五、特高压电网建设将加快

考虑到风电、光伏分散式的特点，以及大型电厂地理位置偏远，主要集中“三北”地区，在无法实现就近消纳的情况下，电力的输送、存储成为决定制约清洁能源装机比例的一大瓶颈。同时，随着近年户用光伏装机增长迅猛，部分城镇、农村电网的变压器容量也成为影响装机的一大因素。因此，在大幅提高清洁能源装机比例的情况下，特高压电网、农村电网的配套工程也需要改善。

不同类型的可再生能源

通过使用以下类型的可再生能源，我们可以帮助减少对化石燃料的依赖。这不仅将有助于保存不可再生资源，还将有助于减少污染。

1.太阳能

当我们想到可再生能源时，太阳能通常是想到的最早的自然能源之一。每天，太阳以太阳辐射的形式散发出大量的能量。最终，其中一些到达了地球，我们可以以各种不同的方式利用它。

尽管太阳能是最受欢迎的可再生能源之一，但目前在全球可再生能源容量中排名第三。根据IRENA的2019年报告，该报告研究了2018年底的可再生能源发电能力。

太阳能光伏

太阳能光伏（PV）是我们可以用来将太阳能转化为电能的技术。在这里，太阳能电池板被放置成吸收来自太阳的能量。然后，他们能够使用太阳能光伏工艺产生电流。

这样的太阳能光伏板可以发电。

我们可以在家庭或工业规模上使用太阳能。屋顶太阳能电池板是世界上许多家庭的常见景象。它们有助于发电，供家庭使用。太阳能农场是工业规模使用太阳能的一个例子。在这里，大量太阳能电池共同工作以产生大量电能。

太阳能热

太阳能热是太阳能使用的另一种类型。在这里，我们可以利用来自太阳的能量来加热流体（例如水）。该技术可以在家用太阳能热水系统中找到。太阳能集热器是可用于此目的的设备。有两种主要类型，称为“平板”和“真空管”收集器。

太阳能热真空管集热器。

太阳能热电厂也存在，可以利用太阳能热发电。通过集中太阳热能来加热特殊的流体。流体的热量然后转移到水中，然后沸腾并产生蒸汽。然后，蒸汽能够为涡轮机提供动力，涡轮机使发电机转动，从而产生电能。

2.风能

风能是另一种流行的可再生能源。几个世纪以来，我们一直以风船和风车的形式利用风。如今，我们主要利用风力在风力涡轮机的帮助下发电。

许多国家使用风力涡轮机来满足其能源需求。根据它们的位置，它们可以是一种非常有效的发电方式。风电场是风力涡轮机的集合，可以在陆地（陆上风电场）和海上（海上风电场）中找到。

风能的总容量在2018年略高于太阳能。风能占可再生能源总发电量的24％，太阳能达到20％。

这样的风力涡轮机可以发电。

3.地热能

地热是另一种可再生能源。我们脚下的地面包含大量热能。地面靠近地面，从太阳吸收热量。在地球深处，岩浆可以帮助加热岩石。我们可以以不同的方式利用这种能量。

家用地热能系统使用地源热泵来帮助加热房屋的水。这可能涉及将几百米的水管放置在离地面几英尺的地方。当水流过管道时，它吸收了地面的热量，并且另一端的热量要比开始时的温度略高。然后可以重复该过程以增强效果。

地热热泵使用类似的管道来加热水。

地热发电厂是工业用途的一个例子。这些装置中的一些可以挖掘到地下深处的过热岩石中。可以将水泵入井中，然后再产生蒸汽，然后将其抽出以驱动涡轮机。这类发电厂仅在岩浆最接近地壳的区域有效，例如火环。由于这一地理限制，地热发电不如太阳能，风能和水力发电受到欢迎。

4.水能

水能包括利用流动的水来发电。数百年来，我们一直以水车的形式使用该技术。如今，我们主要将其用于发电。

水源可能来自不同的地方。一些最常见的水力发电技术类型包括：

水力发电大坝–这些利用水坝围墙捕获大量的水。然后可以通过水坝的结构释放水，在此过程中旋转涡轮机。

潮汐能–利用水下涡轮机来利用潮汐能。随着潮汐的进出，涡轮机旋转，然后借助发电机发电。

波浪动力–比上面的动力少，但具有利用波浪动能的潜力。在这里，大的管状容器被放置在靠近海岸的地方。当它们在波浪中摇摆时，它们能够将波浪能转化为电能。

在考虑可再生能源时，我们经常忽略水力发电。但是，根据IRENA的2019年报告，到2018年底，水能占可再生能源发电能力的50％。这不仅仅是太阳能和风能的总和！

截至2018年底，水力发电容量最高的三个国家是中国，巴西和美国。中国的装机容量为352,261兆瓦，领先于巴西的104,195兆瓦和美国的103,109兆瓦。

这样的水力发电大坝可以产生大量的电力。

5.生物质能

生物质是另一种可再生资源。它使用有机物来满足各种不同的能源需求。有机物可以包括以下任何一种：

木材–就发电而言，主要来自柳树和杨树。其他来源包括木屑，锯末，原木和树皮。

作物-包括小麦，玉米，甘蔗和土豆等淀粉类作物。它还可以包括油菜作物，例如油菜籽，油菜籽，大豆和向日葵。

动物与人类废物–包括肥料，污水，泥浆和动物垫料。

园林垃圾–尚未完全分解的鲜草屑。

就生物能源而言，我们可以以不同的方式利用以上内容。

生物质能

在这里，木材被燃烧以加热水。然后产生蒸汽，该蒸汽可以驱动涡轮以发电。这与使用煤，石油或天然气的传统发电厂的过程类似。

生物燃料

我们可以使用传统的粮食作物来生产生物燃料，例如生物乙醇和生物柴油。然后可以将它们用于兼容的发动机中，以替代汽油和柴油。

沼气

这使用了称为“厌氧消化”的过程，该过程涉及在密闭腔室内加热动物或人类废物。随着加热，它分解得更快并产生甲烷。然后，我们可以捕获它并存储以备后用。它可以在炉子上燃烧以做饭或取暖，有时用于运输。

像这样的厌氧消化池可以产生沼气。

生物能源问题

关于生物质是否可再生存在一些争论。但是，通常认为它是可再生能源。这是因为只要地球上有生命支持，它所使用的有机物就会一直存在。

当然，生物质确实会带来一些环境影响，应予以考虑。尽管农作物在生长过程中会吸收二氧化碳，但燃烧时会释放到大气中。这可能对空气质量和我们的健康有害。

回顾

随着全球能源需求逐年增加，寻找可持续的能源生产方式现在比以往任何时候都更加重要。利用太阳能，风能，地热能，水能和生物质能可以帮助实现这一目标。

可再生能源与不可再生能源相比具有关键优势，因为它们永远不会耗尽。它们通常对环境也更好。您可以在此处更深入地了解可再生能源的优缺点。

1、太阳能资源取之不尽，用之不竭，而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。

2、太阳能资源随处可得，，可就近供电，不必长距离输送。

3、光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电能的转换，没有中间过程和机械运动，不存在机械磨损。

当电力系统中的负荷突然退出或投入运行时，同步发电机首先会大致按照电气距离的远近将这部分功率瞬时分担起来，从而保证电力系统用功功率实时平衡。其后，由于发电机机械功率和输出电功率的不平衡，其转速就会发生变化，或降低或升高，由于发电机转子的惯性，转速的变化速度被控制在合理的范围内。再后，当转速的变化超过一定阀值，发电机的动力系统就会自动发出增加或减少机械功率的指令，重新将发电机转速拉回到额定值附近，从而保证整个电网的频率在合理的范围内。

与此同时，当电网受到扰动，例如发生短路故障时，同步发电机可以保持内电势幅值基本不变，并瞬时输出无功电流，当短路故障切除后，同步发电机可以根据电网电压的恢复情况瞬时调整其无功输出，自动励磁控制系统也会随后自动发出增励磁或者减励磁指令，将电压控制在合理的范围内。

可以看到，在这样一个系统中，无论是负荷变化还是短路故障，同步发电机通过自身固有特性与调速、励磁控制的结合，将电网的频率、电压控制在合理范围。

在这样的传统电力系统中，负荷大时间尺度上变化可预测，小时间尺度上通过电气参数自动分配到同步发电机组上保证供需平衡，工作点稳定；同时，电源是可计划和可控工作的，当自动平衡后的稳定工作点偏离额定值后，都可以通过调节同步发电机电源的功率、电压输出使得整个电网恢复到额定的稳定工作点。

新能源发电与同步发电机有本质区别

再来看新能源发电。当前技术下的新能源发电主要指风电和光伏，它们与同步发电机有本质区别，可统称为非同步机电源，并网器件由电力电子换流器构成，其特性主要由换流器的控制特性塑造。目前在实际工程中广泛使用的变流器采用跟网型控制策略，即通过锁相环来实现变流器与电网之间的同步，采用矢量电流控制来控制变流器的输出电流，从而控制馈入电网的有功/无功功率，其本质上是受控电流源，主要控制目标是跟踪太阳能与风能当前的最大功率，并最大效率的将太阳能、风能转换为电能馈入电力系统。这种控制策略由于以电流作为控制目标，无法承担按计划、受控提供能量保持供需平衡（频率稳定）和平稳电网电压。

新型电力系统的显著特征是新能源在电源结构中占据主要地位，随着新能源发电装置占比增加到一定程度，例如新能源占比70%，同步机电源占比30%，即使负荷不变化，当新能源部分的波动由于天气影响超过30%时，30%的同步机电源就无法做到受控按需平衡功率，这样一个系统遇到类似扰动将无法正常运行。

除此之外，当前的新能源发电与同步机发电比较，还有以下特征：

首先，新能源的出力主要受天气的影响，和负荷的供电需求无法自动匹配，当新能源发电占比较小时，还可以通过其它同步发电机的调节机制来保证整个大电网的功率平衡，当新能源占比较大时，平衡机制将无法满足，只能采取限制新能源发电的形式来解决。据初步统计，2022年第一季度我国个别省份的新能源消纳率不足，主要是因为这个原因。

其次，新能源基本不具备惯量支撑能力，当新能源的占比增加时将导致整个电网的惯量降低。惯量降低后，同样的功率波动下，频率变化速度变快，调节难度增大；同时相同时间尺度内频率总的变化幅度变大，易发生超出设备允许的频率偏差范围的事件（例如火电同步机组的转子长期允许运行的频率在额定值附近2Hz-3Hz左右），导致电力系统的安全稳定运行风险增大。

再有，新能源并网换流器从发电经济性上考量，设计的过压、过流能力比同步发电机低较多。在电网发生短路故障时，新能源向故障点提供的短路电流水平较低，故障消除后，新能源也无法给电力系统提供足够的动态无功支撑以促进电力系统的功角和电压稳定工作点的恢复。如果上述阶段造成了接入电网的过电压水平较高（如超过1.3倍额定值）或电压较长时间无法恢复，新能源为了保证设备安全还会主动脱网运行，从而进一步恶化电力系统的频率稳定性。

还有，新能源并网换流器的控制速度快，按基本控制原理，控制速度越快，在接入电网较弱的情况下，发生宽频率振荡的风险也越大。2015年7月，新疆哈密地区新能源引发次同步功率振荡，导致天中直流配套火电三台机组轴系扭振保护动作，当时就引发了行业的高度关注，近几年类似宽频带振荡事件频发，如不能妥善解决，将制约新能源的发展与应用。

总结来看，新能源上述特征的存在，既有其自身发展规律的问题，也与新能源比常规同步电源在电力系统的电压、频率调节控制能力相对降低有关。

同样，解决的办法也需从这两个方面入手：其一，升级新能源发电特性，通过保留功率裕度、提升变流器过载能力同时采用新的控制策略等措施，使其具备常规水、火等同步发电机支撑电网的良好特性，可与同步发电机协同工作。这将影响新能源的发电量，经济性降低，短期内难以实现；其二，在新能源附近增加新的设备，具备同步发电机或者类似同步发电机的电压控制和频率调节能力，来保证既能消纳新能源，又能消除新能源对电力系统带来的不利影响，提供系统的稳定性支撑。

构网型储能技术综合解决大规模新能源发展难题

在平抑新能源发电功率波动，降低大电网调峰压力，提升大电网对新能源的接纳水平方面，储能环节是个必选项。各地也不断在尝试新能源场站配置大容量储能系统进行示范应用，电池储能技术得到了迅速发展。各省能源局也纷纷出台相关政策，要求在开发新能源的同时，配套建设10%-20%容量的储能系统。

但是当前配置储能的要求，都是从解决新能源波动的角度提出的。从技术的潜力来看，基于换流器并网的电化学储能的功能远不止如此。通过增加新型的控制策略就可以使储能具备同步发电机或者类似同步发电机的频率调节和电压控制能力，解决以上提出的新能源消纳增长带来的问题，这就是构网型储能技术。为了能够较好的使用新能源，南瑞继保较早时期就组织了团队深入研究如何利用储能系统解决相关问题，率先研制出了大容量构网型储能技术。该技术相较于同容量削峰填谷解决方案，只增加了较少的硬件成本，却可以进一步挖掘发挥储能的潜能，使储能可以对电网电压、频率和惯量进行支撑，从而综合解决大规模新能源发展中面临的难题。

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

电力系统， 由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。

由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。

1、发电厂

电能是由煤炭、水力、核能、太阳能和风能等一次能源通过各种转换装置而获得的二次能源。发电厂是电力系统的中心环节，它是将自然界中蕴藏的这些一次能源转换为电能的工厂。

根据所利用能源的形式不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、太阳能电厂、风电厂和核电厂等。目前我国和世界大多数国家仍以火力发电为主，而其他清洁能源的发电量比重也正在逐年增加。

2、变配电所

变配电所（站）是变电所和配电所的统称。变电所是接受电能、改变电压和分配电能的场所，是联系发电厂和电能用户的中间枢纽。变电所有升压变电所和降压变电所之分，升压变电所的任务是将低电压变为高电压，以减少线路的电能损耗、电压损失和减少线路的金属消耗量。

从而提高送电的经济性。降压变电所的任务是将高电压降到一个合理的电压等级，以满足用电设备的电压等级要求。

如果仅装有接受电能和分配电能的设备而没有变压器的称为配电所，即配电所只有接受电能和分配电能的功能。在配电过程中，通常把动力用电和照明用电分别配电，即把各动力配电线路和照明配电线路分开，这样可以缩小局部故障带来的影响。一般大中型工厂都有自己的变、配电站。

3、电力线路

发电站一般都建在远离城市的能源产地或水陆运输比较方便的地方，因此发电站发出的电能必须要用输电线进行远距离输送，以供给电能消费场所使用。电力线路就是把发电厂、变配电所和电能用户联系起来的纽带，能够完成输送电能和分配电能的任务。

电力线路是输电线路和配电线路的总称。输电线路是将发电厂的电能输送到负荷中心，它的特点是线路较长，电压等级高。配电线路是将负荷中心的电能配送到各个电能用户，它的特点是线路较短，电压等级较低。

目前，世界各国都采用高压输电，并不断地由高压（110~220kV）向超高压（330~750kV）和特高压（750kV以上）升级。我国目前高压输电的电压等级有110kV、220kV、330kV、500kV、750kV等多种。

4、电能用户

电能用户是指所有消耗电能的用电设备或单位，负荷是用户或用电设备的总称。

电力系统的分层

在电力系统中，电网按电压等级的高低分层，按负荷密度的地域分区。不同容量的发电厂和用户应分别接入不同电压等级的电网。大容量主力电厂应接入主网，较大容量的电厂应接入较高压的电网，容量较小的可接入较低电压的电网。

配电网应按地区划分，一个配电网担任分配一个地区的电力及向该地区供电的任务。因此，它不应当与邻近的地区配电网直接进行横向联系，若要联系应通过高一级电网发生横向联系。

配电网之间通过输电网发生联系。不同电压等级电网的纵向联系通过输电网逐级降压形成。不同电压等级的电网要避免电磁环网。