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未来电网和电网技术的发展前景

来源:北极星电力网 日期:2014年7月1日 10:25

    20世纪末至本世纪初,伴随着全球气候变化加剧和传统能源日渐枯竭,一场新的能源革命悄然兴起。节能,提高化石能源的清洁高效利用水平,以可再生能源逐步替代化石能源,实现可再生能源(水能、风能、太阳能、地热能、生物质能等)和核能等清洁能源在一次能源生产和消费中占更大份额,建立可持续发展的能源系统,是这一新能源革命的主要目标。

    可再生能源、核能以及化石能源的清洁利用绝大部分要通过转化为电能来实现。在新能源革命条件下,电网的重要性日益突出,电网将成为全社会重要的能源输送和配给网络。与传统电网相比,未来电网使命的变化主要有如下4点:(1)接收大规模集中式和分布式可再生能源电力,成为新能源电力的输送和分配网络;(2)与分布式电源、储能装置、能源综合高效利用系统有机融合、双向互动,提高终端能源利用效率,成为灵活、高效的智能能源网络;(3)具有极高的供电可靠性,基本排除大面积停电风险,成为安全、可靠的能源电力供应系统;(4)与信息通信系统广泛结合,成为集能源、电力、信息为一体的综合服务体系。

    电网(广义的电网即电力系统)作为现代工业文明的产物,经历了100多年的发展。纵观世界电网的发展历史和未来电网使命的变化,按其不同阶段的主要技术经济特征区分,可分为三代电网。第一代电网是二战结束前的小电源、低电压、小电网,是电网的兴起阶段。第二代电网是二战后至上世纪末发展的大机组、超高电压、大规模互联电网,是电网的规模化发展阶段。第二代电网严重依赖化石能源,大电网的安全风险难以基本消除,是不可持续的电网发展模式。未来电网就是第三代电网。第三代电网是一、二代电网在新能源革命条件下的传承和发展,支持大规模新能源电力,大幅降低大电网的安全风险,并广泛融合信息通信技术,是电网的可持续化、智能化发展阶段。

    当前我国能源和电力面临发展转型的新阶段。从现在起到2050年将是我国电网由第二代向第三代转型的过渡期。与电源的转型相配合,电网发展总体上将是朝向国家骨干输电网与地方输配电网、微网相结合的模式,既能适应水能、风能、太阳能发电等大规模可再生能源电力以及清洁煤电、核电等集中发电基地的电力输送、优化和间歇性功率相互补偿的需要,也能适应对分布式能源电力开放、促进微网发展、提高终端能源利用效率的需求。

    从现在至2030年的中期阶段,我国输电骨干网仍将基本保持超/特高压交直流输电网模式,即2020~2030年的输电骨干网,在形态上应是超大规模超/特高压交直流混联的复杂电网。多端直流输电技术、FACTS及VSC-HVDC等电力电子技术将得到较广泛应用,储能技术有可能取得较大进展,为后期电网的转型奠定技术基础。

    2030~2050年,随着我国西南大规模水电、西部和北部大规模风电及巨型荒漠太阳能电站、东部沿海海上风电等可再生能源电力的集中开发,具有间歇性、波动性电源的比重不断提高,在全国范围内建设灵活可控、低损耗、高可靠性的跨大区超级输电网络,将为大范围资源优化配置和相互补偿所必需。在这一阶段,技术发展的积累和突破有可能对输电网模式产生革命性的影响。根据技术突破程度的不同,可能有两种模式:一是延续目前发展的超/特高压交直流输电网模式;二是多端高压直流输电网(超导或常规导体)模式。后者更依赖于相关先进技术的重大突破、必要性和技术经济的优越性。在这一时期,基于高性能电力电子设备的多端高压直流输电网技术业已成熟,高温超导输电技术有可能取得新的突破,为建设基于常规导体线路和设备或基于高温超导体线路和设备的超级直流输电网提供技术条件。

    未来能源电力结构的转型对配电系统发展的影响更为显著,其中配电网运行的外部环境有以下几个突出特点:(1)大量电动汽车充放电设施将会接入配电系统;(2)分布式电源、储能系统与微网将会在配电系统中大规模存在;(3)能源消费模式将会因用户与配电系统间灵活互动机制的建立而改变;(4)配电系统将会成为电力、能源、信息综合服务的综合技术平台;(5)先进的信息网络、传感网络及物联网将在配电系统中广泛应用。

    基于上述电网和电网技术发展趋势的判断以及建设第三代电网的需求,提出近期必须开展研究的10项关键技术领域:(1)大规模新能源与可再生能源电力友好接入技术(含分布式);(2)大容量输电技术;(3)先进传感网络技术;(4)电力通信与信息技术;(5)大容量储能技术;(6)新型电力电子器件及应用技术;(7)电网先进调度、控制与保护技术;(8)电力系统先进计算仿真技术;(9)智能配电网和微网技术;(10)智能用电技术。

    鉴于智能电网相关议题已在2011年的香山会议中讨论,本次会议的中心议题主要围绕未来电网发展模式、新型输电方式和输电线路、超导电力及其发展前景、未来电力系统中的储能技术、新型电力电子技术器件和装备、新型输变电装备技术等内容展开。这些新技术的发展将对未来电网的发展产生重大影响。

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