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未来电网初探 investigations on architecture and operation pattern of future power grid
第30卷第1期 电工电能新技术 V01.30,No.1 ’ 201 1年1月 Advanced ofElectrical and Jan2011 Technology EngineeringEnergy 未来电网初探 肖立业1”,林良真1’2 (1.中国科学院应用超导重点实验室,北京100190;2.中国科学院电工研究所,北京100190) 摘要:由于化石能源的日益枯竭和节能减排的迫切需求,人类逐渐认识到必须发展以可再生能源 为主的清洁能源系统。由于可再生能源的主要利用方式是发电,且可再生能源资源及其发电方式 与化石能源资源及发电方式具有很大的不同,因此,可再生能源的广泛应用将对电力生产、输配和 消费模式等产生深刻的影响。有鉴于此,对未来电网的探索就显得非常重要。本文重点就未来电 网的结构、运行模式及所涉及的关键技术体系进行了初步的探索,并就我国发展适应于可再生能源 需求的未来电网的有关问题提出了几点建议,供参考和商讨。 关键词:可再生能源;直流电网;分布式电网;电动汽车充电站;超导输电;能源资源的互补性; 虚拟发电厂;云电力 中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1003.3076(2011)0l-0056-08 的还因能源结构的重大变化。可以预见,发电量将 1 前言 比当前有数量级上的增长。同时,由于可再生能源 随着化石能源的日益枯竭以及日益增长的环境 资源和负荷资源分布不匹配的格局仍将存在(例 压力等因素的驱动,人类已经认识到必须大力发展 如,人烟稀少的地区往往有更多的太阳能和风能), 以可再生能源…,并逐步实现可再生能源替代化石 这就决定了远距离输送和大电网互联在相当长时间 能源的重大变革。可再生能源的主要利用方式是发 内仍将存在。更为重要的是,以交流为骨于的互联 电,近些年来,全球可再生能源发电得到了飞速的发 电网的规模越大,则电力系统运行条件越苛刻,不可 展。例如,我国2009年新增风电装机已经达到了预知性和安全稳定性问题越突出¨1。由此可见,随 13.8GW旧o,生产的光伏电池达到4GW(占全球的约着能源结构的重大调整,如何安全可靠地运行和管 40%);2009年,欧盟国家新增的电力装机中,可再理这样一个规模比现有电网大得多的未来电网,将 生能源发电装机已经达到了62%以上,超过了传统 成为一个重大挑战。第二,由于可再生能源资源具 能源发电的新增装机。欧盟联合研究中心估计一1: 有间歇性和不稳定性的特点,其发电功率也将出现 到2020年,欧盟可再生能源的份额将达到能源需求 间歇性和不稳定性。此外,光伏发电系统不具有传 量的20%以上,也就是说,届时成员国总发电量的 统水轮机组或汽轮机组的机械惯性,风力发电机组 35%一40%将来自可再生能源;世界观察研究所的 的单机容量及惯性与传统发电机组相比也有很大的 报告认为旧J:到2050年,中国可再生能源将达到总差别且发电方式也不相同。因此,在满足这些新型 能源需求的40%一45%。因此,可以预见,在不远电源规模化接入的约束条件下,如何保障电网的实 的将来,一次能源以可再生能源为主、终端能源以电 时动态功率平衡和稳定性,并实现电力的高效调度, 力为主的能源格局将变成现实。 就成为未来电网面临的另一重大挑战。第三,由于 能源结构的这一重大变革,将对未来电网带来 可再生能源具有分散性的特点,靠近负荷侧就地利 革命性的影响,主要体现在以下几个方面H,:第一, 用的分布式发电也将是一种重要的方式。这不仅意 由于未来终端能源将以电力为主,因此促使未来发 味着电力用户也将同时可能是电力供应方,而且也 电量增长的原因不仅仅限于经济增长因素,更主要
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