陈维江院士：创新智能电网技术助力新能源发展

2018-05-07 16:12:57 来源：

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电力18讯：

创新智能电网技术助力新能源发展

陈维江中国科学院院士

上周五，明灯有幸聆听了陈维江院士关于智能电网的精彩讲座。

陈院士从智能电网的概念、清洁能源替代趋势、电网新技术等多方面深入浅出地向我们讲解了当前智能电网发展趋势及其面临的挑战。

听完陈院士讲座，受益匪浅。

好东西应该与大家分享，现总结陈院士的讲座精华如下，供感兴趣的读者阅读。

清洁能源转型的必然趋势

化石能源有限，以目前探明的储量和开采速度估算，其将在数十年后枯竭。

并且在利用化石能源的过程中，产生一系列的生态环境问题，例如，「温室效应」、「雾霾」等。

为此，世界多国签署「巴黎协定」，达成共识，在不远的未来里逐渐减少、直至淘汰化石能源，并将全球温升控制在2℃以内。

其中，中国已制定宏远的新能源发展计划，拟在近期2020年提高可再生能源占比至20%，到2050年则将其上升至80%。

『中国可再生能源发展目标』

在过去的十年里，风电、光伏等新能源得到长足发展，目前装机容量为十年前的数倍、甚至数十倍。

可以说，新能源正逐步该变我们的生活，例如，「屋顶光伏」、「电动汽车」、「煤改电」等，多国已出台补贴政策支持新能源发展。

『风电、光伏新能源增长趋势』

清洁能源发展的问题

虽然新能源得到的长足发展，但也存在许多突出问题，主要如下：

新能源基地远离负荷中心；

受气候影响，新能源具有较高随机性与波动性；

较常规能源，新能源经济性仍较差；

『新能源发展面临的突出问题』

以中国为例，大规模风电基地主要建在西藏、内蒙、甘肃、东北三省等人口稀疏、负荷较低的省份，少量风电基地建在沿海。因而，风电难以就地消纳。

中国的负荷中心位于中、东部，与新能源基地远隔千山万水。

『中国风电基地「图片源于网络」』

此外，风电等新能源随机性、波动性较强。

风电甚至还具有反调峰特征。例如，某些省市迎峰度夏时，白天负荷水平较高，但风电场风速较低，出力较小；而夜晚负荷水平较低，但风电场风速提高，出力增大。

『风电具有的「讨厌」特性』

虽然从统计数据上来看，风电、光伏等新能源发电成本在逐渐降低，但其与常规能源相比，仍存在较大经济性差距。

智能电网是应对清洁能源问题的有效措施

为应对大规模新能源并网，这对电网提高了更高的要求：

更迅速、灵活、有效地实时平衡发电与负荷；

更大范围、规模、尺度的能源调配能力；

达到以上要求的电网即为「智能电网」。

美国能源部在其白皮书「GRID 2030」中认为「智能电网」是这样的：

智能电网是一个完全自动化的电力传输网络，可以监测控制每一个用户及节点，并保证信息及电能在发电厂、设备及其间任意点进行双向流动。

欧洲电力工业联盟，认为「智能电网」是这样的：

智能电网是能够整合发电方、用户或者同时具有发电和用电特性成员的行为和行动，以其保证电力供应持续、经济和安全的电力网络，它能够交互运行，可容纳更大范围的小型分布式发电系统并网。

『各国对「智能电网」的构想』

虽然各国对「智能电网」的定义差异较大，但基本上都是在传统电网的基础上进行改进：

集成新能源、新材料、新设备和先进信息技术、控制技术、储能技术等构成新一代电力系统，能够大量接入风电、太阳能等清洁能源，提高资源大范围优化配置能力，提高电网的灵活性和安全性，提高能源利用效率，与用户双向互动，实现智能生活。

目前，还未有公认的「智能电网」，大多数电网还在「智能电网」的起步阶段：

智能电网的发展，因国情差异，而有不同的技术路线，其为不断智能化循序渐进提升电网品质过程。

『「智能电网」共性总结』

从发电侧到用户侧，智能电网需具备以下三大技术：

先进输电技术；

大规模并网技术；

面向用户的灵活互动技术；

『三大「智能电网」技术』

以中国为例，其已建成电压等级最高的交流、直流远距离电能传输通道，源源不断地将三北地区的风电、光伏等大规模新能源输往中部、北部负荷中心。

『中国清洁能源输送方向』

虽然更高电压等级的输电系统对绝缘、安全等方面提出了更高的要求，但总体上，提高电压等级可获得更可观的效益。

如果输电电压提高一倍，则：

容量增大4~5倍；

距离延长2~3倍；

损耗降至1/3~1/4；

走廊占地降至1/2~1/3；

『1000kV与500kV比较』

上世纪，前苏联和日本先后建成了900km和426km的特高压交流输电线路，但因负荷水平较低等多方面因素，一直降压运行。

紧接着，美国和意大利也建立了特高压试验场和试验线段，但未施工规划。

进入本世纪，印度和巴西也开始研究特高压输电技术。

但总体上，成熟适用的特高压输电技术及其装备还未形成。为此，中国决定自主开发特高压输电技术，建立「产、学、研、用」协同开发体系。

『特高压输电技术开发体系』

特高压输电技术应妥善应对复杂环境下的放电问题：

电晕放电：产生噪声、无线电干扰和损耗；

外绝缘放电：空气等绝缘介质易受污秽、雾霾影响而降低绝缘击穿电压；

内绝缘放电：电气设备内的油、纸、气体击穿放电；

为此，中国已建成多个试验基地和仿真中心研究特高压放电机理。这包括：

特高压直流输电成套设计研发中心；

特高压交流/直流/杆塔试验基地；

高海拔试验基地；

国网仿真中心；

同时，配套研制了一大批先进设备。这包括：

开断能力世界最强的特高压交流开关；

容量世界第一的特高压变压器；

世界上第一片6英寸晶闸管阀片；

等等；

『中国特高压试验基地』

另外，建成多个特高压、远距离、大容量交流/直流输电工程，例如：

晋东南—南阳—荆门1000kV特高压交流输电工程，全长640km，容量5GW；

向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程，全长1907km，容量6.4GW；

『中国特高压输电示范工程』

目前，中国已建成特高压交流/直流输电技术体系及其装备研制基地，自2010年起，中国不断刷新世界最高输电电压等级，已将世界上直流最高电压等级由±600kV提高至±800kV。

中国已建成「八条」特高压交流输电工程和「十三条」特高压直流输电工程。在不远的未来里，将新建「三条」交流和「一条」直流特高压输电工程。

『中国「红线」与国外「蓝线」的直流电压等级时间线』

可以确定地说，中国的特高压输电技术已处于世界领先水平，受到国际大电网委员会「CIGRE」、国际电气和电子工程师学会「IEEE」、国际电工委员会「IEC」等大型国际权威电力组织的广泛认可与高度评价。

并且，中国电力专家已参与并主持多项特高压输电技术的国际标准制定与发布，对于特高压输电技术，中国说的算。

中国的特高压输电技术已走出国门，帮助其余国家建设更坚强的电网。例如，巴西的美丽山水电送出项目，其采用中国的±800kV直流输电技术，设计输电距离长接近5,000km，容量达到4GW。

『「CIGRE」认为中国电网是电力系统的「里程碑」』

咳咳。。。

茶歇中

『咖啡、披萨、三明治、水果、饼干一个都不能少』

柔性输电技术

柔性输电技术是利用电压源换流器、可关断器件和脉冲调制技术等电力电子元件，灵活地控制输电电压幅值与相角、潮流流向及大小。

该技术在孤岛供电、城市配电网增容改造、新能源并网方法具有较强技术优势。以中国为例，其已建成以下柔性输电工程：

上海南汇±30kV；

舟山±200kV五端；

厦门±320kV端对端；

南澳±160kV；

『柔性输电技术』

其余先进技术

为应对新能源波动性，研制风电、光伏功率预测技术，现已在中国20个省区部署风电功率预测系统，在新疆、青海、宁夏建设光伏功率预测系统。

『功率预测技术』

在功率预测和满足电网安全运行的基础上，优化调度新能源和常规能源，优先消纳新能源，该优化调度系统已覆盖972座风电场和32个省级调度机构。

『优化调度技术』

抽水蓄能技术实现电力系统调峰调频，储存大规模新能源，已建成响水涧、仙游等8座抽蓄电站，其装机比例将在2025年提高至4%。

『抽蓄技术』

低电压穿越技术，即为新能源发电变流器承受过压/过流的能力，在电网发生短时低电压事故时，其不至于退出电网，造成电网电压进一步降低，直至崩溃。

『低电压穿越技术』

次/超同步震荡控制技术，即优化新能源逆变器控制技术，使其阻抗特性不与电网间发生串联震荡，导致新能源脱网和机组跳机。

『次/超同步震荡控制技术』

虚拟同步机技术，其基于先进的同步变流和储能技术，使含有逆变器、整流器的电源和负荷，从运行机制和外特性上与常规同步机相似，可应用于风电、光伏等清洁能源并网。

『虚拟同步机技术』

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陈维江 院士：创新智能电网技术 助力新能源发展

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