陳維江:創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù) 助力新能源發(fā)展

發(fā)布時間:2016-09-02   來源:電力行業(yè)資訊

  由廣東省電源行業(yè)協(xié)會和振威新疆智能電網(wǎng)展聯(lián)合主辦的“一帶一路”亞歐智能電網(wǎng)專題峰會上,中國科學院院院士陳維江發(fā)表了題為《創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù) 助力新能源發(fā)展》的專題演講。

  以下為陳維江院士此次演講的重點:
 
  各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓大家早上好!
 
  現(xiàn)在和大家報告一下我們在創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù),助力新能源發(fā)展所做的工作情況。首先介紹一下世界范圍內(nèi)新能源的發(fā)展情況,那么大家都知道化石能源的開發(fā)利用,也就是我們煤油氣是所謂的化石能源,它們的開發(fā)利用存在三個突出的問題。
 
  第一個就是開采問題,因為化石能源的存儲開采是有限的,特別是在中國我們開采年限是有限的,加煤炭只有60多年,石油10幾年,天然氣20幾年,總的來講資源是緊張的。第二就是化石能源的利用對氣候變化產(chǎn)生的巨大影響,大家都知道全世界200多個國家在巴黎氣候協(xié)定上簽字,共同應(yīng)對由于人類生產(chǎn)生活活動對地球表面氣溫造成的影響并加以控制。這個行動目標是控制氣溫在2度溫度變化以內(nèi),化石能源的影響是很大的。第三個問題是環(huán)境污染問題。是由于化石能源的開發(fā)利用造成的。所以發(fā)展以風電和太陽能為主的新能源,是解決化石能源所面臨突出問題的必然趨勢。
 
  所以世界上各個國家都在大力推動新能源的發(fā)展,截止到去年,全世界的風電裝機達到了4.32億千瓦,中國是發(fā)展最迅速的,達到了1.28億,已經(jīng)占全球第一,占30%。光伏世界是2.2億千瓦,中國占22%,也是全球第一。根據(jù)國際能源署的預(yù)測到2040年,全球的太陽能、風電裝機容量將會達到25億千瓦,25是什么概念呢,我們國家現(xiàn)在總的發(fā)電裝機只有15億,去年只有15.1億,那么到2040年全球的新能源就有25億千瓦。分別占到發(fā)電裝機比例從13年的8%提到24%,中國將一直保持領(lǐng)先水平,到2040年中國新能源裝機比率將會到達34%。是目前的3倍。美國、歐盟、印度、日本也正在大力發(fā)展風電、光伏,到2040年將分別達到25%、 40%、28%、31%,,也就是說世界各國對新能源非常關(guān)注。
 
  新能源發(fā)展也有突出的問題,第一個是隨機性和波動性,光伏和風電高度依賴于天氣和氣候,所以它的隨機性、波動性上網(wǎng)以后對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行影響很大;第二個是風電和光伏資源分布的不均勻性,我們國家規(guī)劃了有7個千瓦級的風電光伏基地,都在北部或西北,比如說新疆、甘肅、內(nèi)蒙、東北等,有個別在東中部,但是用電負荷中心都在中東部地區(qū),所以這樣就面臨傳輸和消納的難度。根據(jù)新能源的發(fā)展存在問題,我們從電網(wǎng)的角度解釋如何助力新能源的發(fā)展,最近十幾年我們在智能電網(wǎng)技術(shù)方面做了大量的創(chuàng)新工作。主要是三個,第一個先進輸電技術(shù)方面,在全球范圍內(nèi)取得了重大創(chuàng)新突破,作用主要是支持大規(guī)模的新能源開發(fā)輸送到負荷中心。第二項技術(shù)是大規(guī)模的新能源接網(wǎng)、并網(wǎng)技術(shù),前兩年大家可能聽說過風電、太陽能并網(wǎng)難,實際上因為風電、太陽能發(fā)展很快我們電網(wǎng)對上網(wǎng)技術(shù)研究不夠,所以這幾年加快研究大規(guī)模太陽、風能的并網(wǎng)技術(shù),主要是支持新能源大規(guī)模開發(fā);第三個方面是智能配用電技術(shù),因為除了大規(guī)模的集中開發(fā)外還有分布式新能源,中部地區(qū)還有分布式的風電、太陽能光伏,也存在技術(shù)上的難題,在這三個智能電網(wǎng)技術(shù)方面做了工作來助力新能源的發(fā)展。
 
  下面給大家一一介紹。第一個先進輸電技術(shù),先進輸電技術(shù)有兩個,一個是特高壓輸電技術(shù),一個是柔性輸電技術(shù),那么我們國家為什么要開發(fā)特高壓輸電技術(shù)呢,大家都知道我們的能源基地,一次能源主要從電的角度講包括煤電、水電、太陽能、光伏,從我國總體分布來看80%分布在西部、北部、西南部,但是我們用電負荷中心 70%-80%都在沿海中東部地區(qū),所以按照國家能源發(fā)展戰(zhàn)略,保證安全、清潔、低碳,我們迫切需要開發(fā)長距離、大規(guī)模輸電技術(shù),剛好特高壓輸電技術(shù)就是一種遠距離、大容量、先進輸電技術(shù),有四大優(yōu)點,第一輸送容量大,它是500千伏的四到五倍,第二輸送距離遠,可以達到500千伏的3倍,500千伏輸送距離一般是500千米,特高壓是1000以上,那么現(xiàn)在最遠的距離已經(jīng)達到3200千米;第三有點事?lián)p耗低,是500千伏三分之一到四分之一。第四是少占地。所以在本世紀初國家將發(fā)展特高壓技術(shù)列入國家戰(zhàn)略,那么國外的發(fā)展情況怎么樣呢?
 
  國外在上世紀70年代到90年代像蘇聯(lián)、美國、意大利發(fā)達國家也分別開展了特高壓輸電技術(shù)實驗研究,特別是蘇聯(lián)在1985年建成了900公里長的特高壓交流輸電線路,工程現(xiàn)在在哈薩克斯坦境內(nèi),85年投運以后斷斷續(xù)續(xù)運作有5年時間,因為當年技術(shù)上有缺陷,蘇聯(lián)解體后降壓至500千伏運營。日本為了輸送核電,建設(shè)了兩條加起來426公里的1000千伏的特高壓就輸電線路,后來由于規(guī)劃沒有實施,所以目前在以500千伏運行。美國、意大利建成基地,后來由于經(jīng)濟危機和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型經(jīng)濟速度變緩,對電力的需求量變少所以特高壓規(guī)模沒有落地,但進入本世紀以后,印度、巴西、俄羅斯由于經(jīng)濟發(fā)展比較快,為了實現(xiàn)能源資源的遠距離優(yōu)化配置保證電力的合作共贏,特高壓輸送研究正在加快實施,上個世紀初國際上雖然有對特高壓的研究但沒有形成成熟適應(yīng)的特高壓輸電技術(shù),我們國家要發(fā)展特高壓輸電應(yīng)該怎么辦,過去我們電力工業(yè)的發(fā)展歷程都是引進、消化、吸收再創(chuàng)新的道路,但是現(xiàn)在國外沒有人做,沒得引進怎么辦,所以我們的總體路線是國家主導(dǎo)、電網(wǎng)公司作為創(chuàng)新主題,兩大電網(wǎng)公司分別是國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司,結(jié)合國內(nèi)科研制造設(shè)計建設(shè)并行等大概10多家單位,共幾萬人參加的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體圍繞著基礎(chǔ)問題研究,研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備,自主研發(fā)設(shè)計。特高壓有原來的500千伏提升1倍到1000千伏,直流輸電由原來的500千伏提升至800千伏,面臨三大突出難題,主要是三個放電問題。第一個放電是導(dǎo)體附近的電源放電問題,就是如果導(dǎo)體上的電場控制不好,那么導(dǎo)體就會產(chǎn)生電源放電就會產(chǎn)生三種效應(yīng),第一個就是噪聲,電源放電時大家會聽到吱吱吱的放電聲音,另外會對無線電設(shè)施產(chǎn)生干擾還有對電力造成損失,所以要想使特高壓技術(shù)研發(fā)成功電源放電必須得到良好的控制。第二種放電是外絕緣放電,我們的輸變電設(shè)施大量以空氣作為絕緣,外絕緣會受到很多環(huán)境因素的影響,比如說污染,雨雪冰凍、雷電等等,都會影響外絕緣的放電,就會造成電網(wǎng)停電事故,所以這種放電也必須得到有效控制;第三種放電是設(shè)備內(nèi)部的絕緣放電,現(xiàn)在內(nèi)部絕緣介質(zhì)主要是油脂、氣體,如果這種放電控制不好造成的事故將會更加嚴重??赡軙l(fā)設(shè)備起火爆炸。三種放電控制如果沒有約束條件很難控制,我們必須用經(jīng)濟,體積重量等等設(shè)備的主要條件,這三種放電控制起來還是比較難。
 
  為了攻克這些難點,建立了相應(yīng)的實驗基地,在武漢的特高要交流試驗基地,北京的特高壓直流輸電基地,西藏的高海拔實驗基地,南方電網(wǎng)在云南的高海拔實驗基地,同時在北京的高桿塔實驗基地。通過這些基地的建設(shè)形成了完整的實驗體系。
 
  通過實驗基地開展實驗研究同時聯(lián)合設(shè)備廠家進行設(shè)備研制,設(shè)備的體積很重要,開展的技術(shù)研究解決了在設(shè)備體積一定情況下設(shè)備的運作。帶動我國裝備制造業(yè)發(fā)生全面的變革。在研發(fā)成功設(shè)備和解決技術(shù)問題后,我們自主建設(shè)示范工程,共有三個,一個是1000千伏特高壓示范工程在山西長治經(jīng)過南陽到金門,總長640 公里輸送容量500萬千萬2009年1月投產(chǎn)。兩個直流輸電工程,南網(wǎng)云南到北京輸電線路,向家壩上海正負800千伏的特高壓直流示范工程,1907公里,輸送容量640萬,2010年7月完成。我國在建成電流示范工程前總體比其他國家落后20年。電力系統(tǒng)100多年來中國的電壓等級在2009年前每個電壓等級至少晚了20年,從09年后局面改變,我們不僅搞上了國際水平而且處于領(lǐng)先地位,這是交流輸電情況。直流也是如此,10年以前世界最高電壓等級是 600千伏,巴西是世界上最高的電壓等級,但是2010年后中國研發(fā)出了正負200千伏的電壓等級,是世界上最高電壓等級,現(xiàn)在又研發(fā)出1100千伏的等級,因為我們的自主創(chuàng)新在2012年獲得了特高壓輸電技術(shù)和裝備應(yīng)用獲得國際技術(shù)進步特等獎,這也是電力工業(yè)有史以來第一個。在國際上的話語權(quán)明顯得到提升。還專門成立六個特高壓工作組,基本都是由中國專家來擔任召集人或者主席的。
 
  特高壓研制成功后在我國得到了廣泛的應(yīng)用,目前我國已經(jīng)建成三交四直工程,正在建設(shè)四交六直工程,其中主流輸電等級提升至1100千伏,輸送容量1200萬?,F(xiàn)在哈密到鄭州2500公里,將哈密水電、風電、火電打捆送到河南,另外值得一提的是中國的特高壓技術(shù)走出了國門,巴西美麗山水項目本來想要采取600千伏等級,在巴西領(lǐng)導(dǎo)考察上海參觀后,有所心動,后來能源部長來參觀,最終決定800千伏直流輸電工程,兩期工程一期是2000公里二期2500公里,輸送容量500萬,全部中標,不僅技術(shù)輸出還成立聯(lián)合公司我們負責建設(shè)運營30年,所以說中國在輸電技術(shù)方面已位于前列。
 
  下面介紹一下柔性輸電技術(shù),包括交流和直流。電力系統(tǒng)的柔性實際上是指傳統(tǒng)電力系統(tǒng),剛性比較強,替代性不多,最多是發(fā)電機的調(diào)節(jié)。靈活性差,在上世紀80年代美國專家提出利用電力電子技術(shù)將我們的快速性、精確性、連續(xù)性結(jié)合進去,增加柔性。以前我們都和國外學習,經(jīng)過16年的努力,我們已趕超美國。但是在基礎(chǔ)元器件上還有差距。
 
  近幾年柔性直流技術(shù)也發(fā)展很迅速,因為現(xiàn)在直流輸電技術(shù)還是端對端點對點,只能控制關(guān)和,靈活性差,未來將利用可關(guān)控全面控制技術(shù),這項技術(shù)我國發(fā)展很快與國際同步。我國國家電網(wǎng)公司正在研發(fā)建設(shè)在張家口地區(qū)的工程,張家界未來將會是新能源集中發(fā)展的要低,整個裝機將達到5000萬千瓦,如何送出來,準備建設(shè)500千瓦直流柔性輸電工程,全世界最高電壓等級。第二部分,大規(guī)模新能源并網(wǎng)技術(shù),新能源面臨的隨機性,近兩年中國電科院研究所風能研究所根據(jù)我國擁有1000余個新能源場站,三年以上數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)揭示新能源規(guī)律,同時提出創(chuàng)新方法,提高預(yù)測精度。現(xiàn)在我們在新能源預(yù)測精度方面趕上了國際先進水平。在研發(fā)新技術(shù)同時還研發(fā)系統(tǒng),功率預(yù)測系統(tǒng),包括風和光伏功率預(yù)測系統(tǒng),對100多個風電場布局,光伏主要在青海、新疆、寧夏應(yīng)用。預(yù)測好了還要調(diào)度的好,前段時間的棄風棄光程度很高,這種現(xiàn)象不是技術(shù)問題,是政策問題,是利益的博弈。上網(wǎng)如何消納,與煤電的博弈,煤電便宜,地方稅收問題。我們想辦法讓新能源上網(wǎng),所以做了優(yōu)化調(diào)度技術(shù)。
 
  另外大家知道新能源的波動性,但是我們負荷是平穩(wěn)的,如何讓新能源配合電網(wǎng)穩(wěn)定運行,所以要研發(fā)大規(guī)模的儲能技術(shù),目前來看,現(xiàn)有儲能技術(shù)不能適用。以前我們的儲能技術(shù)都是進口的,現(xiàn)在我們國家攻克自主技術(shù),實現(xiàn)了全面國產(chǎn)化。國家重視蓄能技術(shù),目前正在建設(shè)8座蓄能電站,按照規(guī)劃 2025年我國蓄能由現(xiàn)在的1.6%提升到4%。也是為風光上網(wǎng)提供支持的。因為風電光伏本身存在缺陷,因為抗導(dǎo)能力差。低電壓穿越是容易脫網(wǎng),不能共同維護電網(wǎng),為解決這個問題還專門研發(fā)了控制技術(shù),就是保證電網(wǎng)故障時能挺一段時間,共同維護電網(wǎng)安全運行。技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用,對安全性有大的提升。還有一項技術(shù)是虛擬同步技術(shù),使得光伏、機電元件有慣性,已經(jīng)研發(fā)成功。
 
  運用這些技術(shù)后我國增加了130多億千瓦時的新能源電力。我國在新能源裝機及技術(shù)方面和國際處于同步地位。
 
  最后一項技術(shù)是智能配用電技術(shù),配電網(wǎng)直接面向用戶,一定會智能化上下力氣,未來配電網(wǎng)將面對分布式介入,電動汽車也將互動起來,電動汽車既是一種負荷又可以在我們需要時作為一種電源提供電,根據(jù)現(xiàn)在的電網(wǎng)互動性質(zhì),所以一定要智能化,在配用電側(cè)實施。傳統(tǒng)配電網(wǎng)是給工程工廠供電是單方向的,在可靠性方面要信息監(jiān)控,自愈技術(shù)方面及快速消化新能源等方面還有很多技術(shù)要改革。用電技術(shù)更是和老百姓息息先關(guān),我們在智能用電方面和國際并軌的,特別是在用電信息的采集及電動車的充放電設(shè)置及智能樓宇園區(qū)及智能家居方面的創(chuàng)新工作做的很多。國家電網(wǎng)系統(tǒng)在用電信息采集上提前布局,在國際上也沒這么高的水平。國網(wǎng)花錢換智能電表,提高互動性。另一方面為了支持分布式,國網(wǎng)去年無條件支持上網(wǎng),研發(fā)了斷路器、雙向保護及并網(wǎng)接口控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)讓用戶接軌。目前,國家能源局已經(jīng)開展了30個光伏運用示范項目,到2014年國網(wǎng)分布式并網(wǎng)達到6936個,容量達到265萬千瓦時。將來新能源在配網(wǎng)上接入以后直接對用戶有影響,儲能技術(shù)必須相配合??偟膩砜磸氖澜绶秶鷣砜?,風電光伏新能源技術(shù)在遇見的未來發(fā)展情況很好,依托這兩項技術(shù)新能源發(fā)展將朝著清潔、低碳的方向不斷發(fā)展,目前做得比較好的是德國,也是主要靠風電和光伏。近年看來,我國大規(guī)模發(fā)展新能源并網(wǎng)、智能配用電、智能電網(wǎng)技術(shù)對于新能源的發(fā)展起到了有力的支持作用。但是我國有自身特點,發(fā)展有很多無序和非理性的東西,新能源發(fā)展速度太快,另外規(guī)劃方面的問題,電網(wǎng)和電源發(fā)展規(guī)劃的不協(xié)調(diào)使得棄風棄光現(xiàn)象越來越嚴重。主要是三個方面的問題,首先是三北地區(qū),西北、華北、東北新能源裝機比率很大,但是這些地方電力負荷很低的地方,不解決這些問題只是建設(shè)是不行的,只有通過大電網(wǎng)建設(shè)才能解決,僅僅依靠儲能無法解決。因為儲能最大的問題還是在于經(jīng)濟性,技術(shù)還不能達到大規(guī)模應(yīng)用階段。
 
  國家十三五規(guī)劃近期對于新能源消納問題正在采取舉措解決。最后一個是新能源的開發(fā)利用,前面是技術(shù)層面上的,需要國家不斷完善激勵政策。國家要進行政策補貼,推動新能源的不斷發(fā)展

      關(guān)鍵詞: 智能電網(wǎng),新能源

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