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风光无限——国家电网公司服务新能源发展记事(九)

  坚强智能电网,带来新能源发展无限风光

  先想象这样一个场景:演唱会散场后,观众向出口走,形成一大股人流。这时,又从门口向里走进来一群人,两股人流在通道内相遇了,如果没有合理的疏导,场面一定会十分混乱。

  这个场景和分布式光伏发电项目接入电网后的情形非常相似!国家电网公司科技与智能电网部专责王伟用一个非常形象的比喻,说明了分布式光伏并网的特殊性。

  对于电网来讲,分布式光伏发电是一种不同以往的电源形式,它的装机容量很小,每一个项目只有不到6000千瓦,与动辄几十万千瓦的电源项目不可相提并论,但它给电网带来的挑战却不容小觑。因为原来电网的潮流是放射状的,即从电源侧向客户侧单向前进。分布式光伏发电项目接入后,就产生一个逆向潮流,客户侧也能向电网送电了。

  目前力推的微电网也具有同样的特性,但微电网和分布式光伏又有很大不同。御道口村位于河北省和内蒙古自治区交界处,风能、太阳能资源十分丰富。因为村里处于冀北电网的供电末梢,原来村民家中的用电状况总是不太稳定。

  村民张振武家的院子里,四块太阳能光伏板并排横放,院外矗立着一台白色的风机。2011年,国家电网公司在这个小村子里搞起了“农村电网智能化风光储项目”试点,张振武家成了村里第一个发电户。目前他家平均一天发20千瓦时电,而自己家只用了不到2千瓦时,剩余的电就给别人家用。如果碰到故障,还可以用储存的电救急。

  一个村庄,如何储存电?

  原来,御道口村还有自己的发电站,一排排光伏板组成的方阵和两台风力发电机在草原上御风而起,随光而动。张振武爱惜地擦拭着光伏板,“现在村里150多户农户都用它们发出来的电。”

  电站是无人站,冀北承德围场供电分公司变电运检工程师李宁能够在分公司的调度大厅实时监控站内的各种情况和设备运行的参数。

  目前电站的建设容量是110千瓦,由256块0.2千瓦光伏板、2台30千瓦风机和储能电池组成,并网运行、孤网运行切换自如,并且可以同时提供光和热,这是微电网典型的村庄模式。当风、光发电大于负荷需求时,储能系统将储存多余的电量,尽量减少风、光发电向大电网输送。在用电高峰期,储能系统向微电网中负荷供电,尽量减少使用大电网的电能。对于大电网而言,微电网是一个可控的“细胞”,麻雀虽小,五脏俱全。

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  风力发电的负荷曲线与光伏发电的曲线在白天和夜间正好互补,而储能的加入使得电网更加灵活、稳定。这就是微电网较分布式光伏及风电更具优势的地方。但储能的成本过高,导致微电网的推广应用受到很大限制,且兼具太阳能资源和风能资源的地方基本位于西北和沿海少数地区,因此微电网项目目前只能在这些地区试点,其中最具代表性的要数国家电网公司在浙江南麂岛和鹿西岛实施的微电网863示范项目。这两个示范项目,最主要的目的就是为分布式光伏发电搭建技术研究和实证平台。

  从不打无准备之仗,这是国家电网公司的一贯风格,服务分布式光伏并网也是如此。从2009年开始,国家电网公司便相继开展了十余项科研项目研究,与此同时开展的303项智能电网试点工程中,有10项涉及分布式电源。2010年,国家电网公司在南京建成了国家能源太阳能发电研发(实验)中心,作为我国第一家太阳能光伏技术研发基地,实验中心就像一个大的孵化器,孕育了光伏发电并网关键测试设备、标准体系等一大批科研成果。对于降低分布式电源对电网的影响,这些项目取得的成果弥足珍贵,也为我国分布式光伏发电顺利并网提供了技术基础。

  “现在回头看当时的工作,会发现这些研究多么具有前瞻性。”王伟说,“想要顺利接入分布式光伏发电项目,电网企业必须解决一系列技术问题。但每一项技术攻关都不是一蹴而就的。如果我们没有提前准备,而是任由产业发展倒逼着开展工作,那今天的境况一定大不一样。”

  分布式光伏和微电网的接入,将改变我国的电网结构。中国科学院院士周孝信这样描述:与依赖于高效化石能源发电、核能发电、大规模水电,以及强调集中式发电的第二代电网相比,第三代电网发展中,非化石能源发电将占较大比例,发电形式将是大型集中发电与分布式发电相结合。因此,第三代电网将采用骨干电网和地方电网、微电网相结合的模式,输电方式也将呈现多样化的特点。时璟丽则认为:电网必将网格化、智能化。

  传统电网的功能、形态和作用,已经不能满足新能源大规模发展和接入的需要,也不能满足信息时代人们对于能源利用透明开放、友好互动的需求。对于运营管理着世界上最大规模电网的国家电网公司来说,战略的抉择,决定了电网在我国经济社会转型、能源战略转型中的作用,也将决定中国电力能源将以何种地位出现在世界能源舞台上。

  刘振亚在《中国电力与能源》一书开篇便给出了他思考的基础:“解决我国能源问题,必须立足国内、放眼国际、总揽全局。”这种系统思考问题的方式,便是统领整个国家电网公司十年发展的“大能源观”。

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  在“大能源观”下,我国加快转变经济发展方式,必须加快转变能源发展方式,核心是着力解决过度依赖输煤的能源配置方式;转变能源发展方式,必须加快转变电力发展方式,核心是着力解决就地平衡的电力发展方式;转变电力发展方式,必须加快转变电网发展方式,核心便是实施“一特四大”战略。

  “特”并不单纯指特高压,而是指建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,加快空中能源通道建设,实施输煤输电并举,以此促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源发电基地的集约高效开发,实行大规模、远距离输电和全国范围的能源资源优化配置。

  2009年5月,在特高压输电国际会议上,中国国家电网公司首次提出了建设“坚强智能电网”的目标和发展思路。电网不仅是传输能量的铁塔和银线,还被赋予了更强壮的体魄、更智慧的大脑和更艰巨的责任,成为中国能源战略转型的依托和清洁能源发展的重要保障。

  “一特四大”战略在国家电网人手中以前所未有的速度变成现实,通过实践证明了其科学性和可行性,有力促进了我国新能源的安全健康发展,成为我国能源发展战略转型最强大的推手。

  “十一五”以来,国家电网公司全面掌握了特高压交、直流输电核心技术,成功建设和投运了1000千伏特高压交流工程和±800千伏特高压直流工程,在中国实现了超远距离、超大规模输电。加快推进连接中国西部煤炭基地、北部风电基地、西南水电基地的多条特高压交、直流工程建设,全国范围优化配置能源资源成为常态。累计投资近600亿元,建设输变电线路1.8万千米、变电容量6600万千伏安,服务新能源发电并网。截至2012年10月,接入国家电网的风电、光伏发电、生物质能发电装机分别达到5363万千瓦、276万千瓦和512万千瓦。

  当新能源的消纳突破了本地区消纳的制约,弃风弃光新能源急剧减少。2012年,通过特高压等跨区通道,东北三省消纳蒙东地区50%以上的风电电量,京津唐地区消纳蒙西地区三分之一以上的风电电量。到2017年,国家电网将建成“三纵三横”特高压网架和13回特高压直流工程,2020年建成“五纵五横”的目标网架,“煤从空中走,电送全中国”将变成“水电出千山,风光赴八面”的壮观景象。

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  为了驾驭新能源,我们正在努力使电网日趋智能化。“坚强智能电网”战略提出至今,国家电网公司累计投入50亿元,开展了300余项关键技术研究,取得了一批具有世界先进水平的创新成果,建成了两个国家级的风电、太阳能发电实验检测中心,具备了风电、太阳能检测的国际话语权。与此同时,国家电网公司打造高度智能化的输配电网络,加快配电网的统一规划和建设改造,建设智能变电站、电动汽车充换电站和充电桩,安装智能电表,以适应小型、微型风电和分布式光伏发电快速发展的需要。

  2013年1月24日,《能源发展“十二五”规划》(以下简称《规划》)发布,“十二五”期间,我国还将大力调整能源产业结构,大力开发非常规天然气资源,加快发展风能、太阳能等其他可再生能源。到2015年,风能发电装机规模达到1亿千瓦,太阳能发电装机规模达到2100万千瓦。值得注意的是,《规划》三次提到了特高压,强调了强化战略通道和能源骨干网络建设,推进西电东送、北电南送,并用专门篇章提到了智能电网规划与建设,提出了推动能源供应方式变革,以分布式、智能电网、新能源汽车功能设施为重点,大力推广新型供能方式,提高能源综合利用效率,促进战略性新型产业发展,推动能源生产和利用方式的变革。到2015年,分布式太阳能发电装机容量达到1000万千瓦,建成100个以分布式可再生能源应用为主的新能源示范城市。

  安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的坚强智能电网,正在并将更加深刻地影响我国经济发展方式和人们的生活方式。未来,新能源必将风起云涌,中国会迎来绿色能源消费模式引领发展的全新时代。

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