智能电网背景下新能源发电的挑战与机遇

智能电网背景下新能源发电的挑战与机遇

作者：张红敏张博张依强

来源：《山东工业技术》2016年第02期

摘要：传统能源锐减、环保要求提高等多因素促使新能源发电技术快速发展，智能电网也应运而生。本文通过对智能电网的特点进行分析；剖析新能源发电对智能电网的影响和在发展中遇到的挑战。最后，从超导输电技术、输能管网技术等多个方面对未来新能源得以快速安全发展的关键技术进行了展望。

关键词：智能电网；新能源；机遇；挑战

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.02.140

0 引言

21世纪，随着传统能源的日益减少和环境污染、气候恶化等难题，大规模开发利用新能源引起各国重视。由于受自然因素的影响，风能和太阳能等发电的输出功率出现间歇性、随机性和波动性[1]，所以在接入电网、电力调度和能源消纳等方面带来了一系列新问题。为了保障电网的安全性、可靠性，智能电网的理念应运而生[2]。

1 智能电网概念及发展现状

（1）智能电网的概念。国家电网公司对中国智能电网有一个概述：智能电网要求发、输、变、配、用电各个环节都能得到实时监控，每个点上的电流和信息得到双向流动，通过通信系统和自动控制系统实现电网上的各个设备及用户无缝连接和实时互动；在发生电力故障时，电网具有足够的自愈能力保障系统的安全运行。

（2）新能源在智能电网发展中的地位。国际上发展智能电网的初衷也许不尽相同，但是有一个共同点就是都把新能源的发展涵括进来并把新能源的利用作为了智能电网发展的核心部分。国家电网公司正在实施“一特四大”的发展战略，将国家电网建设成为以特高压为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化和互动化特征的坚强智能电网，促进大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源基地的集约化开发利用。

（3）新能源发电对智能电网的影响。中国的风能、太阳能等新能源发电得到了大规模的开发利用，据统计，中国一次能源的发电比例将呈现降低趋势，而风能发电将得到大幅度的提升。可以预见，新能源电力必将成为主流能源。

2 新能源发展的挑战

（1）调峰、调频问题。为了满足电力系统实时供需平衡的要求，必须利用其他电源的互补特性来抑制新能源发电带来的电网随机波动性。水电和火电是互补电源的最优选择。我国火电至今仍在总装机容量中占据主导地位。所以，我国新能源发电在发展过程中必要要依赖火电的快速深度调峰。

（2）新能源电力消纳问题。新能源具有分散性的特点，以我国风能发电为例，风能主要分布在西北地区。然而，西北地区经济欠发达，发电量没法被全部消纳，只有利用西电东送的发展战略输送给东部地区。可以预测，未来的电网发展模式将不再仅仅依赖于大电网的独立运行，而是和分布式小规模电网协调共存。

（3）继电保护遇到的挑战。与同步电机相比，异步发电机在发生短路故障时无法提供可持续、稳定的电流[3]。所以，新能源发电继电保护设计的难点之一就是怎么让相关的继电保护装置依据不持续的短路电流来判定故障的发生，准确快速的切除故障，最大程度的消除事故对电力系统安全运行的影响。

（4）电网安全问题。大规模新能源电力输出功率的随机波动性、难以准确预测性以及用于并网的电力电子变换器对电网扰动的敏感性，使电力系统安全面临新的挑战，事故频发，并且电力系统的大型互联带来了局部干扰演变成全网故障的潜在威胁。

（5）对电网运行经济性的影响。由于新能源的随机性、间歇性，现在只能把新能源电力供应作为未知因素考虑。为了避免并网对电力系统造成的影响，需要额外增添一定容量的旋转备用。新能源并网既分担部分负荷，降低电力系统的燃料成本，又增加了电力系统的可靠性成本。

3 发展新能源电网的新技术

（1）大力发展储能技术。随着新能源的日益普及以及电网调峰、提高电网可靠性和改善电能质量的迫切需求，电力储能系统的重要性日益凸显。电力储能技术为实现电网可持续发展目标、解决电量供需不平衡矛盾和提高供电可靠性问题提供了一揽子解决方案[4]。采用大规模储能装置，提高现有电力设备的利用率和供电可靠性，降低发电煤耗、供电线损。

（2）超导技术。超导电力技术在电力系统稳定性、大容量输送和短路故障保护等方面的应用具用显著的优势，因而，如果超导技术能够在电力系统中得到广泛应用将引起电力行业的重大变革，也为新能源电网的发展提供先进的技术力量。通过试点和示范工程加速超导电力技术在我国电力实用化进程。

（3）输能管网技术。输能管网技术的核心理念就是利用同一超导管线网络实现输电和液态氢的同时输送[5]。利用高压直流超导电缆输送电能，而液态氢在电缆芯的管道中流动。

（4）灵活多变的输电系统。先进的输电方式既能增强电网的输送能力又能实现资源的优化配置。根据多种输电方式共存和新能源发电的分散性特点，构建分层分区、区域解耦互联的大电网构架，实施电力就地消纳和特高压远距离输送相互补的电网模式。

4 结束语

随着一次能源的枯竭，新能源利用越来越受到电力行业的关注。本文根据新能源开发利用过程中存在的一些问题和难点进行剖析，并对新能源电网未来的发展前景提出了一些技术展望。

参考文献：

[1]高厚磊，田佳，杜强等.能源开发新技术：分布式发电[J].山东大学学报：工学版，2009，39（5）：106-111.

[2]余寅，唐宏德，郭家宝.风光储一体化发电应用展望[J].华东电力，2010，38（12）：1891-1893.

[3]陈树勇，宋书芳，李兰欣等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009，33（08）：127.

[4]Amaris H，Alonso M.Coordinated reactive power management in power networks with wind turbines and FACTS devices [J].Energy Conversion and Management，2011，52（7）：2575-2586

[5]余贻鑫，栾文鹏.电网与清洁能源[J].智能电网，2009，25（01）：7-11.

作者简介：张红敏（1987-），女，黑龙江人，学士，工程师，主要从事：高压设备试验和GIS设备维护检修工作。