太阳能发电并网技术研究

2010-05-21 09:42:15 太阳能发电网
自工业革命以来,世界经济发展主要依赖煤炭、石油和天然气等3种化石能源,其消费比重迄今仍占世界一次能源总消费量的87%左右。2009年我国发电量35965亿kW•h,火力发电量就29867亿kW•h,约占83.04%。随着全球工业化和现代化的快速发展,电能消费在终端能源消费中所占比重越

  自工业革命以来,世界经济发展主要依赖煤炭、石油和天然气等3种化石能源,其消费比重迄今仍占世界一次能源总消费量的87%左右。2009年我国发电量35965亿kW•h,火力发电量就29867亿kW•h,约占83.04%。随着全球工业化和现代化的快速发展,电能消费在终端能源消费中所占比重越来越大,对全球碳排放的贡献也越大,预计到2030年,全球CO2排放量中电力部门的排放量将达到45%,我国将长期为全球碳排放最多的国家。随着环境、生态污染的日益严重,促使各国政府不得不在能源领域采取可持续发展的能源道路。2008年以来的世界性金融危机,不少国家都把发展新能源、新材料作为转变经济增长方式,寻求提振经济的增长点,走出目前经济困境的主要战略目标。大力开发利用太阳能这个取之不尽用之不竭的能源有着重大意义。
  早期的太阳能发电主要是以独立系统的形式出现,用于解决电网覆盖不到的边远地区和特殊场所的用电问题。独立系统中往往会配置一定容量的蓄电池,以解决太阳能光伏发电的间歇性和不可预测性。随着荒漠大型太阳能光伏发电示范工程和金太阳工程的实施,并网运行的太阳能光伏发电逐渐发展起来;随着太阳能发电装机容量与发电量快速增长,其发电间歇性和不可预测性的特点对电网的电能质量、安全、稳定、可靠运行提出了新的挑战,主要体现在:
  (1)荒漠地区电网薄弱,大规模太阳能光伏发电接入电网,给电网调峰、调频带来困难。
  (2)大规模光伏电站位于偏远地区,当地电网建设滞后,存在输电瓶颈,在电能集中送出时导致电网设施过载。
  (3)并网运行的太阳能光伏发电装置大多缺乏电网安全运行所需要的一些基本功能,电站的运行管理水平较低。
  随着光伏发电的推广应用,加快并网等相关技术研究已经迫在眉睫。最近,在国家电网公司的统一领导和部署下,各个电力设计研究院所积极组织力量开展太阳能光伏发电并网相关课题的研究:
   --组织研发新能源并网技术、试验标准和入网设计研究;定光伏等新能源并网技术导则和管理规范,明确电网公司和新能源运营商之间的责任和义务,正在积极将研究成果转化为技术标准,为新能源并网提供技术保障。
  ――开展新能源的发电模型研究。建立太阳能光伏的模型,对电压协调控制、短路和保护、电压闪变、电压跌落、过电压、非正常孤岛等对电网的影响进行深入研究、评估。形成一些工程实用成果,将通过技术标准和导则予以发布。
  本文将结合多年的太阳能光伏发电系统研究给广大低碳经济的实践者、太阳能光伏发电的倡导者提供一点建议,供大家参考。
  首先,对于大型荒漠太阳能光伏发电,现在采用通过逆变装置由直流变为交流后接入电网,且多采用分组集中、电压逐级升高的并网方式。本人认为应多向系统设计者推荐采用多回路轻型直流输电,多个太阳能光伏电站集中接入系统的方式。目前轻型直流输电的电压等级一般在±150kV以下,输送功率可达350MW,比较适合于大规模太阳能光伏发电基地的应用需求。可以因地制宜地建设一定规模的轻型直流输电网络,提高输送太阳能光伏发电的能力和运行稳定性。经过一定的输送距离后,再通过换流站变为交流送入电网。这种输电方式具有较高的技术经济性:①可避免逆变并网时逆变侧网络故障对发电机的冲击,同时太阳能光伏发电也不会增加电网的短路容量;②换流站采用高频开关技术,可大大减小滤波器的体积和重量;③无功控制相对比较容易。
  其次,除大型荒漠太阳能光伏的集中式并网外,太阳能光伏发电可以进行分布式并网。分布式发电可以将太阳能发电(包括热发电和光伏发电)电源组织起来,并配置一定的储能设备,通过有效的系统控制,提高分布式发电系统的运行稳定性和电能质量。我国青藏、新疆、西北、华北的拥有丰富的太阳能资源,大部分地区人口密度低,非常适宜于发展分布式发电。分布式发电的规模化接入,只要对现有配电系统进行小改造,就可以实现在低压侧或配电侧并网,满足电力系统潮流分布、继电保护和运行控制等方面要求,然后利用各种微电源的互补性及储能设备的作用,大大提高太阳能光伏发电的稳定性,促进分布式发电的规模化利用。
  在一、二线城市建筑体量大,配电网发达,自动化水平高,电网结构合理,太阳能光伏应结合国家产业政策和电网的规划实现集中并网或用户侧并网。大电网与太阳能发电供能系统相结合,有助于防止大面积停电,提高电力系统的安全性和可靠性,增强电网抵御自然灾害的能力,对于电网乃至国家安全都有重大现实意义。分布式发电供能系统由于采用就地能源,可以实现分区、分片灵活供电,通过合理的规划设计,在灾难性事件发生导致大电网瓦解的情况下,可以保证对重要用户的供电,并有助于大电网快速恢复供电,降低大电网停电造成的社会经济损失;分布式发电供能技术还可利用天然气、冷、热能易于在用户侧存储的优点,与大电网配合运行,实现电能在用户侧的分布式替代存储,从而间接解决电能无法大量存储这一世界性难题,促进电网更加安全高效运行。分布式发电供能系统与大电网并网运行,还有助于克服一些分布式电源的间歇性问题,进而提高系统供电的电能质量。
  再次,以最低的发展成本,实现对太阳能、风电等可再生能源的开发和接纳。发展“智能电网”是一个行之有效的选择,智能电网的核心思想是在开放和互联的信息模式下,通过加载数字设备和升级电网网络管理系统,实现发电、输电、供电、用电、售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理。同时,再造电网的信息回路,构建用户新型的反馈方式,推动电网整体转型为节能基础设施,提高能源效率,降低客户成本,减少温室气体排放,创造电网价值的最大化。
  总之,尽管目前太阳能发电的某些领域正在重复风电当年的坎坷,目前国内光伏发电的大规模应用并没有展开,因此急需提前规划,统一规划太阳能光伏电站和电网建设,光伏电站布局一定不能各搞各的“圈地运动”,要围绕电网发展、光伏发展规划进行。要让电网建设适应光伏产业的快速发展还需大量的深入工作,在光伏产业规划和前期工作中就要有地方供电公司参与,并将配套电网设施作为产业的一个组成部分,同步办理相关手续,以便电网项目和光伏产业能同步核准,同步建设,实现相互促进共同发展,是解决太阳能光伏电站并网的关键。

 

 



作者:李伟宏 华北电力设计院 来源: 责任编辑:admin

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