智能电网环境下分布式能源发展方式探究

智能电网环境下分布式能源发展方式探究

杨 希

（广州供电局，广东广州 510180）

【摘 要】分布式能源的开发利用，对缓解能源危机、环境污染及温室效应等问题具有重要的意义。文章分别概述了智能电网技术和分布式能源的基本情况，并以此为基础，总结提出了智能电网环境下的三种具体分布式能源发展方式，探讨了未来的关注方向。

【关键词】智能电网；分布式发电；新能源

【中图分类号】TM76 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2010)11-0119-03

近年来，随着化石能源危机、环境污染和温室效应等问题的日益加剧，发展分布式能源已成为世界各国的共同选择[1]。

大力发展分布式能源势必给当前电网的正常运行带来巨大的挑战。多数分布式能源的输出功率具有较强的随机性和间歇性，如风能发电、太阳能发电等。大规模清洁电源的并入会导致电网电压水平变动、线路传输功率超出极限、系统短路容量增加和系统暂态稳定性改变等一系列问题。

智能电网技术有机融合了高级传感、通信、自动控制等技术，具有自我管理与恢复、兼容性强等特点，其快速发展为分布式能源的无缝并网提供了良好的技术保障。通过合理利用各类高级控制技术，能推动各类分布式能源与现有电力系统的有机融合，实现“即插即用”、实时互动和协调运行[2]。

目前，分布式能源的开发利用多处于自治运行模式，缺乏一个长远的具体发展模式，进而实现分布式能源的大规模的开发利用。因此，积极研究智能电网环境下的分布式能源发展模式对未来实现分布式能源大规模的开发，缓解能源危机等战略目标具有重要的意义。

（一）智能电网概述

1.智能电网的概念和特征

智能电网就是将先进的传感测量技术、信息技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网，它具有提高能源效率、减小对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、实现与用户间的互动和为用户提供增值服务等多个优点[2,3]。

智能电网的智能化主要体现在：可观测——采用先进的量测、传感技术；可控制——对观测状态进行有效控制；嵌入式自主处理技术；实时分析——完成数据到信息的提升；自适应和自愈等几个方面。

综合而言，智能电网具有以下主要特征：

（1）坚强。在电网发生大扰动和故障时，电网仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积停电事故；在自然灾害和极端气候条件下或人为的外力破坏下仍能保证电网的安全运行；具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。

（2）自愈。具有实时、在线连续的安全评估和分析能力，强大的预警控制系统和预防控制能力，自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。

（3）兼容。支持可再生能源的正确、合理的接入，适应分布式发电和微电网的接入，能使需求侧管理的功能更加完善和提高，实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的电力需求。

（4）经济。支持电力市场和电力交易的有效开展；实现资源的合理配置；降低电网损耗；提高能源利用效率；为用户提供可承受电价水平的电力。

（5）集成。实现包括监视、控制、维护、 EMS、DMS、MOS等电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化管理。

（6）协调。实现电网与批发电力市场和零售电力市场间的无缝衔接，提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平，促进电力市场竞争效率的提高。

（7）优化。优化资产的利用，提高资产利用效率，降低投资成本和运行维护成本。

（8）优质。电力用户的电能质量得到有效保障，实现电能质量的差别定价。

（9）交互。实现电网与用户设备和行为间的交互，促使电力用户发挥积极作用，实现电力运行和环境保护等多方面收益。

2.智能电网发展的推动力

当前，我国电力行业面临着巨大的挑战，如随着特高压电网建设，电网规模更大、电压等级更高、结构更加复杂，系统安全运行风险也急剧加大，电网防范攻击和抵御自然灾害的能力也需大幅加强；随着能源危机的加剧、民众环保意识的增强，节能减排和积极发展新能源已成为一种社会责任和必然趋势，如何应对间歇式分布式电源并网给传统电网带来的变革成为不可回避的问题；电力用户对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求，且参与电力管理的愿望日益增强等。

为此，我国发展智能电网的推动力主要在于：

（1）充分满足电力负荷高速增长的需求；

（2）充分确保电力供应的安全性和可靠性；

（3）大幅提高电力供应的经济性；

（4）积极发展可再生能源，改变现有电源结构，缓解能源危机压力，满足环保要求；

【收稿日期】2010-08-16

【作者简介】杨希（1984－），女，湖北荆门人，供职于广州供电局变电二部，工学硕士。

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（5）保证电能质量，为用户提供优质服务；

（6）适应电力市场化改革要求，提高电力企业的运行和管理水平，增强电力企业的核心竞争力；

（7）将快速发展的信息技术、通信技术、计算机技术等与现有电网紧密结合。

总之，推动因素可以归结为电网安全、新能源发展、市场需求、国情需要等方面。

（二）分布式能源概述

1.太阳能光伏发电。太阳能的转换和利用方式有光热转换、光电转换和光化学转换等。目前，技术比较成熟的、应用广泛的是太阳能光伏发电技术，即光电转换。太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。

2.风能发电。风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，其输出功率由风能决定。风速作用在风力机的叶片上产生转矩，该转矩驱动轮盘转动，通过齿轮箱高速轴、刹车盘和联轴器再与异步发电机转子相联，从而发电运行。风力发电形式可分为离网型和并网型。并网型风力发电是大规模开发风电的主要形式，也是近几年来风电发展的主要趋势。离网型风力发电可应用于无电网地区，为边远农村、牧区和海岛居民提供生活和生产所需的电力。风力发电技术在新能源领域已经比较成熟，经济指标逐渐接近清洁煤发电。

3.生物质能发电。生物质能来源于生物质。生物质能发电是首先将其转化为可驱动发电机的能量形式（如燃气、燃油、酒精等），再按照通常用的发电技术发电。我国生物质能资源主要有农作物秸秆、树木枝桠、畜禽粪便、能源作物（植物）、工业有机废水、城市生活污水和垃圾等。生物质能发电一种典型的分布式发电，对电力供应和环境保护有着双重意义。

4.地热能发电。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其和火力发电的基本原理是一样的，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不像火力发电那样要具有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料。

5.海洋能发电。目前，海洋能发电多数处在实验阶段，比较成熟的是潮汐能发电技术。潮汐能发电和水力发电厂相似，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机来发电。

（三）智能电网环境下分布式能源发展方式

1.构建基于分布式能源的微网

为整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响，充分发挥分布式能源的效益和价值，应积极构建基于分布式能源的微网。

微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微网内部的电源主要是由电力电子装置负责能量转换，并提供必须的控制；微网相对外部大电网表现为单一的可控单元，同时满足用户对电能质量和供电可靠性、安全性的要求。

微网是新型电力电子技术和分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的综合应用，具有下列主要优点： （1）微网提供了一个有效集成应用分布式电源的方式，继承拥有了所有单独分布式电源系统所具有的优点。

（2）微网作为一个独立的整体模块，不会对主网产生不利影响，不需要对主网的运行策略进行修改。

（3）微网可以灵活的将分布式电源接入或断开，即分布式电源具有“即插即用”的能力。

（4）分布式电源并网的诸多问题往往是由分布式电源响应速度慢、惯性小的特点引起的，而集成多个分布式电源的微网增加了系统容量，并有相应的储能系统(如超导储能系统、蓄电池储能系统等)，使得系统惯性增大，减弱电压波动和电压闪变现象，提高了电能质量。

（5）微网在主网发生故障时仍可以孤立运行继续保障部分重要负荷供电，增强重要负荷抵御来自主网故障影响的能力，提高系统的供电可靠性。孤立运行的能力是微网最重要的特点。

2.构建农村分布式发电综合系统

（1）建设地下微型沼气输送网络，并将生物质沼气发电站的数个可调压储气罐和若干沼气采集加压站相联。将农家(建议以集体方式)沼气发生池的沼气出口管道与沼气采集加压站相联，并在接口点设逆止阀和计量表，由沼气发电站定期据此付费。

（2）由当地主管农业的部门组织农、牧、林业人员，在自愿的基础上，以自建公助的形式就近按需建立和经营若干沼气发生池。其收益为出售沼气所得和自行使用沼气池后处理残余物(有机肥)。

（3）生物质沼气发电站发出的电力可利用2007 年底完成的“户户通电”工程改扩建的农村电网优先就地供电，并通过大电网调节余缺，确保电网的安全和经济运行，并为风电、太阳能发电因地制宜地发展创造条件。

构建农村分布式发电综合系统具有下列主要优点：

（1）充分利用可再生能源的特点，扬长避短，尽量挖掘其经济效益。如建设沼气输送管道网络，克服生物质体积密度和能量密度低，运输体积庞大的问题，发挥就地取材、就地消费的优势。

（2）增加广大农、牧、林地区人民的收入和就业机会。

（3）变废为宝，净化环境，提高当地居民的生活质量。

（4）为农、牧、林生产助力，增加有机肥源，改良土壤，促进在沙荒、盐碱地种植能源薪材的积极性。

（5）有利于环保及提高生态文明，促进农村科技、卫生、教育水平的提高和和谐农村的大发展。

（6）减少煤电和农业薪材燃烧时对环境的污染，减少电网损耗，提高农网电压质量，节省无功补偿装置，增加维持电网持续运转的绿色电源的容量，提高电网的安全性、经济性。

3.构建全国统一新能源电网

构建我国统一的新能源电网的基本思路是:从新疆、青海、内蒙古到东部沿海，建成一个以直流输电为主的骨干电网,把覆盖区的太阳能电站、内陆风电场、海上风电场、海洋能发电场等可再生能源发电系统联网起来，并依托于新能源电网，建设大量的电动汽车充电站。新能源电网通过直流与现有电网系统实现多节点互联，在互联节点可以建设一定的功率支撑，如旋转备用、储能备用等。由于新能源电网覆盖范围广泛、分布式电源种类较多，自身的资源互补性较好，加上将新能源汽车的充电站建在新能源电网作为调节，对互联节点的额外功率支撑的要求可以大幅度降低，比单一新能源电站直接并入现有电网的代价要低很多。

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