國內外智慧電網發展趨勢 及其促进可再生能源发展的作用

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1 國內外智慧電網發展趨勢 及其促进可再生能源发展的作用
國內外智慧電網發展趨勢 及其促进可再生能源发展的作用 Macao– 28th March 2012

2 传统的电力系统是基于以下两个假设建设的：
引 言 传统的电力系统是基于以下两个假设建设的： 电源具有良好的可控性，跟踪和平衡电力负荷 电源是大规模集中开发的 可再生能源大多是要转化为电能在用能终端被利用的 可再生能源发电发展趋势：大规模集中发电、分布式发电 大规模可再生能源和分布式能源的接入，使电力系统面临巨大挑战

3 风电发展及其特性给电力系统带来的技术和经济问题
风能具有可再生性和无污染的优点，但也有其弱点：风能具有随机性和波动性。 风力发电机一天内可能有多次起动并网和停机解列。 不稳定的功率输出会给电力系统频率的稳定带来许多问题。 图1 由于风电的随机性和波动性，图中三天的风电出力有着很大的差异性。 图2 ，由于风电的间歇性，德州电网中的风电在14秒内功率掉了243MW. 3

4 风电发展及其特性给电力系统带来的问题 ——增加系统旋转备用和安全风险
风电发展及其特性给电力系统带来的问题 ——增加系统旋转备用和安全风险 风电预测误差较大，增加了系统旋转备用和运行成本 风功率预测的模型、方法和应用形式不同，预测区域的大小和风电场数量、预测的时间尺度和输入数据的精度等不同，其预测的误差也不同。

5 风电发展及其特性给电力系统带来问题 ——反调峰特性增加系统调峰容量和成本
风电发展及其特性给电力系统带来问题 ——反调峰特性增加系统调峰容量和成本 风电的反调峰特性和季节性 陆上通常晚上风大，白天风小，具有明显的反调峰特性 系统内风电出力也具有明显的季节性——夏秋季小，冬春季大 风电的调峰问题 大规模风电接入导致电网等效负荷峰谷差变大，增大了系统调峰容量和备用容量，增加了电力系统调峰成本 随着我国各局部电网中风电比例的不断扩大，部分电网在系统调峰困难时段(如供热期等)已出现了风电出力受限的情况。 如2008年吉林电网共发生3次风电出力受限，风电最大下调出力8万kW；蒙东电网共发生7次风电出力受限，风电最大下调出力10万kW。 由于风电不可控的、不确定的波动性、间歇性，风电的可信容量很低，但风电大规模并网之后，必然取代一部分传统电源，进而降低系统的调峰能力。 由于风电的技术特性，在调度运行时通常把风电作为负的负荷处理。但受气候条件的影响，风电出力的变化一般比负荷的变化要剧烈的多，且风电日波动往往与负荷波动趋势相反，呈现反调峰特性。因此，风电大规模并网发电后，系统的调峰需求将大幅增加。 5 5

6 风电特性给电力系统带来的问题—— 低电压穿越能力
风电出力较高时，远距离输送会造成线路压降过大，风电场的无功需求及电网线路的无功损耗增大，电网的无功不足，局部电网的电压稳定性受到影响、稳定裕度降低。 国家电网自行制定并公布了风电并网的标准——“风电机组应具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行625毫秒的低电压穿越能力、风电场并网点电压在发生跌落后2秒内能够恢复到额定电压的90%时，风电机组应具有不间断并网运行的能力” 2009年5月18日7:20，白城一次变10 kV侧发生故障，同发风电场220 kV母线电压降至190 kV，致使同发及洮南风电场共330MW机组出力全停。 低电压穿越（LVRT）指在风机并网点电压跌落的时候风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复电压，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间。 一般情况下若电网出现故障，风力发电机组就实施被动式自我保护立即解列，并不考虑故障的持续时间和严重程度，这样能最大限度保障风电机组的安全。 常规机组(火、水、气、核)均可通过快速励磁调节，提供电压支撑，保持在系统低电压期间机组的可靠联网运行而不脱网(一般为故障重合闸时间)，低电压穿越能力强。风电机组也应具有低电压穿越能力，以防止在系统出现扰动或故障情况下脱网停机，对电网造成更大冲击。 6 6

7 风电发展面临的输电容量约束问题 欧洲的大量海上风电需要通过输电线路输送至内陆负荷地区。
我国风电发展将呈现大规模、高集中的开发趋势，而“三北”地区电力负荷水平低、系统规模小，消纳风电能力有限，因此，风电必须送到区域电网内甚至其他区域电网消纳。 长期以来，中国电力发展以分省就地平衡为主，区域间的电网互联规模很小。且我国风电多处在电网的末端，电网结构比较薄弱，而近年来风电发展远远超过电网发展，因此风电难以送到负荷中心地区消纳。

8 大规模可再生能源和分布式能源的接入，使电力系统面临巨大挑战：
引 言 大规模可再生能源和分布式能源的接入，使电力系统面临巨大挑战： 大规模风电及太阳能具有随机性、波动性反调峰及季节特性 ——风电等可再生能源具有负荷的特点 大量的分布式发电来源于电力用户 ——用户具有发电功能 可再生能源消纳遭遇瓶颈 对电力系统安全稳定运行形成冲击

9 解决方案：使电网更聪明、有智慧——建设智能电网 ——现代电网的愿景 智能电网的共同特点
引 言 解决方案：使电网更聪明、有智慧——建设智能电网 ——现代电网的愿景 智能电网的共同特点 具有自愈能力，提高电网安全性，减少停电时间和经济损失 与清洁能源发电技术无缝衔接，解决能源供给与环境问题对世界发展的双重约束 实现与用户的深度交互，促进电力系统安全、经济运行

10 智能电网发展的共性特征 清洁能源 自愈电网 与用户交互 清洁能源：风电、光伏、水电 自愈电网：FACTS、PMU、智能传感装置
与用户交互：智能电表、智能家居系统、电动汽车

11 智能电网的主要技术特征 先进的电网监测、控制技术 先进的需求侧管理技术和储能技术
电力市场竞争形成实时电价，激励需求侧（负荷和分布式电源）响应 双向计量系统

12 智能电网的主要技术特征 先进输电技术——超导输电、柔性交流输电、多点落地直流输电 强大的建模与仿真工具 清洁能源发电的无缝衔接 标准化的架构及安全的通信标准

13 智能电网的定义 智 能 电 网 智能电网定义为：将先进的传感测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。

14 智能电网在电力生产各环节的技术革新 广域测量与控制技术 信息技术与通信技术的整合 提高输电能力 的相关技术 配网管理 先进的计量设备
电动汽车充电设备 需求侧管理系统

15 智能电网在不同国家/地区的发展 Macao– 28th March 2012
发展智能电网作为解决风电等新能源并网问题的有效手段，近年来在世界范围内得到广泛的认可与推广。

16 智能电网的发展历程 … … … … 智能电网的原始雏形 智能电网概念提出 智能电网上升为美国国家战略 智能电网浪潮席卷全球
2009年—：全球 … 包括英国、德国、中国在内的世界各国陆续启动了智能电网建设的全面建设，智能电网在全球范围内大范围推广。 2009年：奥巴马 … 2009年初，美国总统奥巴马上任后宣布的《经济复兴计划进度报告》，将智能电网提升为美国国家战略。 2006年：IBM … 美国IBM公司提出“智慧电网”解决方案，标志着智能电网概念的正式诞生。但此后几年，智能电网并没有引起业界广泛关注。 1998年：EPRI 1998年，EPRI开展“复杂交互式网络/系统” 研究，目的是建设高可靠、完全自动化的电网 智能电网的原始雏形 智能电网概念提出 智能电网上升为美国国家战略 智能电网浪潮席卷全球

17 智能电网发展的差异性 由于各国国情及资源分布不同，所面临的现实压力不同，并且在现代电网的发展过程中，各国已形成各自的发展方向和技术路线。因此，各国发展智能电网的驱动力和侧重点也不尽相同： 美国：智慧/聪明电网——侧重在配电网和需求侧的智能用电 蓄能式混合动力交通工具 欧盟：超级电网——侧重在欧洲电网互联，输送海上风电 中国：国家电网——坚强智能电网 南方电网——智能绿色电网

18 美国通过分布式开发、加强需求侧实时响应解决风电等可再生能源并网瓶颈问题
美国：智慧电网愿景 超导输电技术 太阳能发电 （分布式能源） 混合动力交通工具 智能控制终端 （控制信息化家电） 智能电表 智能交互终端 美国通过分布式开发、加强需求侧实时响应解决风电等可再生能源并网瓶颈问题

19 ~13% 欧盟：超级智能电网愿景 2020年风电发电量将达到欧盟总发电量的13% 海上风电
欧洲拟建和新建的海上风电项目集中于西北部地区，特别是英国、德国和比利时附近海域 整个欧盟地区在建、已经批准或正在规划的海上风电装机总量超过1.41亿千瓦，可满足欧洲1.3亿户家庭的用电需求，预计到2020年风电将占欧盟总发电量的13%。

20 欧盟通过建设超级电网，将分布在不同地区、具有不同运行特性的电源连接到一起，发挥不同特性电源间的互补优势，解决清洁能源发展瓶颈问题
欧盟：超级智能电网愿景 特 高 压 直 流 欧盟已确立欧盟范围内2020年可再生能源占比20%的目标，而最大的制约是可再生能源的间歇性和对电网安全的冲击性 欧洲西北部的风电、北欧地区的水电、北非地区的光伏发电联合运行具有较强的互补性 在未来十年内建立一套横贯欧洲大陆的电力系统，风电与北欧的水电站连成一片，可发挥不同特性电源间的互补优势；还可接入北非的太阳能电场，从而加强欧洲大陆的电力供给，并有助于提高可再生能源的安全性和可靠性。因此，欧洲的智能电网被称为超级电网。 欧盟通过建设超级电网，将分布在不同地区、具有不同运行特性的电源连接到一起，发挥不同特性电源间的互补优势，解决清洁能源发展瓶颈问题

21 中国—国家电网：坚强智能电网 中国—国家电网发展智能电网的发展与发展重点 国网更关注于如何利用特高压，解决其能源生产、消费存在的逆向问题
发展背景 我国能源总体呈现资源西富东贫，消费东多西少的特点，西北、西南等西部地区资源丰富，分布集中；而华北、华中、东南等东部地区资源缺口较大 能源产地和消费市场的逆向分布，客观上决定了我国能源基地集中式开发，并经大规模、远距离输送的格局 传统化石能源集中开发 风电、光伏等新能源集中开发 电力尚未实现市场化运行 发展重点 国家电网发展智能电网侧重于特高压输电： 特高压输电网建设，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发利用 提升电网抵御突发性事件和严重故障的能力，进一步提高电力系统运行的可靠性和稳定性 国网更关注于如何利用特高压，解决其能源生产、消费存在的逆向问题

22 中国能源生产与消费分布示意图：逆向分布 能源生产与消费分布图 风电资源集中于西北、东北地区
我国能源消费大省主要分布中东部沿海地区及武汉周边地区 海南 黑龙江 吉林 辽宁 河北 山东 福建 江西 安徽 湖北 湖南 广东 广西 上海 河南 山西 内蒙古 陕西 甘肃 青海 四川 贵州 云南 西藏 新疆 北京 台湾

23 中国—南方电网：智能绿色电网 中国—南方电网发展智能电网的发展与发展重点 南方电网更关注于如何破解当前能源、环境强约束问题 发展重点
推进电网自动化、智能化全面升级，实现各电压层级协调发展，提高电网利用效率 大力支持清洁能源发展，以科技创新为动力，大力运用现代信息技术、电力电子技术和电网输电新技术加快电网升级改造，提高电力供应保障能力，提高电网输送效率 适应分布式能源、新能源接网、电动汽车发展，建设智能电网，满足低碳社会、新能源利用、电力交互式社会需求 南方电网更关注于如何破解当前能源、环境强约束问题

24 智能电网发展对可再生能源发展的促进作用 清洁能源与智能电网的共同发展
智能电网的发展核心观念之一就是发展清洁能源，解决其发展瓶颈问题，缓解能源供给与环境问题对世界发展的双重约束。 由于各国智能电网的发展路径不同，其解决风电等清洁能源发展瓶颈问题的方案也不尽相同： 美国：通过清洁能源的分布式开发以及实时电价、需求侧管理，解决风电等清洁能源发展的瓶颈问题 欧盟：通过建设超级电网，将分布在不同地区、具有不同运行特性的电源连接到一起，发挥不同特性电源间的互补优势，解决清洁能源发展瓶颈问题 中国：中国通过建设坚强智能电网，将三北地区富余风电通过特高压电网传送至负荷集中区域，解决风电消纳问题

25 特别感谢 美国德州大学阿灵顿分校能源系统研究中心主任李伟仁教授 提供美国智能电网发展部分讲演稿 国家电网公司驻欧洲办事处副主任万海滨博士
提供欧洲超级电网发展部分讲演稿

26 谢谢！