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构建全球能源互联网现有电力系统需要进行深刻

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  北极星输配电网讯:编者按:9月26日, 全球能源互联网高端论坛 中国倡议一周年纪念活动 在北美娱国际注册京召开。我们延请中国工程院院士、华北电力大学校长刘吉臻,对全球能源互联网的发展现状、未来前景进行点评。在他看来,如今全球能源互联网建设已经开启实战模式,迈向了战略实施、共同行动阶段。在推进过程中,应把握混合能源时代的发展规律,不断克服相关技术、体制挑战,构建新能源系统,实现系统结构形态、运行控制方式以及规划建设与管理等方面的深刻变革,才能保证实现战略目标。

  面对不断增长的能源需求、传统化石能源的日益枯竭、生态环境的持续恶化,一场将改变人类能源生产和消费方式的能源革命正在全球范围内兴起。这场革命的核心,是最大限度地开发利用以低碳和可再生为特征的,大幅度提高能源利用效率,让能源产业向高效、清洁、智能化方式转变。由中国首倡的全球能源互联网战略构想,很好地契合了这一时代主题。

  风能、太阳能资源,也和水能、化石能源一样,分布并不均衡,例如在我国,80%以上的风能、太阳能分布在西部、北部地区,而70%以上电力需求集中在东中部地区,因此同样需要大范围资源配置技术。建设全球能源互联网,为优化全球配置提供了有效途径,也是时代全球能源配置的必然选择。

  此外,局部电力系统难以满足平抑大规模发电出力随机波动性的需求,只有以大为平台,大范围内实现多种能源类型电源的优化控制,才能利用不同地域之间的时区差、季节差、资源禀赋差等因素,最大限度地实现全系统的电能实时平衡。从系统论的角度看,全球配置也是最优选择。

  因此,全球能源互联网战略构想一经提出,很快获得了多方支持与认同。我们很高兴地看到,在中国倡议一周年之际,全球能源互联网建设便已经迈向了战略实施、共同行动阶段。

  未来,随着新能源并网比例不断提高,电力系统既要面对随机波动的负荷需求,还要面对不确定的电源输入,这就要求其结构形态、运行控制方式以及规划建设与管理等方面都要进行革命性升级。这不是一夜之间就能实现的事,经过100多年的发展改进,目前庞大的电力系统已经是最复杂的人造系统工程,其革新过程不可能一蹴而就,只能逐渐演化。因此,实现以新能源为主导的全球能源互联网,需要一个较长的过渡时期。

  大变革:新能源电力系统

  构建全球能源互联网,现有电力系统需要进行深刻变革。

  电力系统的基本功能,是保证电能的供需平衡。在以火电、水电、核电为主导的传统电力系统中,一次能源是可以储存的,因而电能输出是可控的,电力系统可以进行负荷预测与机组优化调度,通过变更发电侧功率来满足用电侧随机波动的需求,从而保证电能的供需平衡与电网的安全稳定。

  而以风能、太阳能为代表的新能源发电,与传统发电技术的最大区别就在于,一次能源是不可储存的,进而风能、太阳能的随机波动性决定了其发电功率的随机波动性。当大规模新能源电源接入电网以后,就要求电力系统从原来的 一次能源可储、二次能源可控 模式,升级为在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间实现电能供需平衡的新模式。

  如果掌握了大规模储能技术,可以在一定程度上化解上述矛盾,但目前的储能技术尚无法实现电荷大容量、大功率存储,所以需要从调整电力系统的结构形态与运行控制方式出发,用动态思维来解决。理想的新电力系统需要满足三方面响应机制,即电源响应、电网响应、负荷响应,我们可以将满足这些要求的电力系统称为 新能源电力系统 。

  电源响应就是要实现新能源发电功率的灵活控制。一方面,要研究精确的风能、太阳能功率预测方法、大规模新能源发电基地的功率分配策略,以及灵活的新能源发电单元功率控制技术。另一方面,也要意识新能源发电功率输出的强随机波动性本质上是由一次能源特性决定的,不可能彻底改变,因此必须有、等可控装机进行多源互补。依靠互补特性,可以有效地突破大规模新能源电力并网导致的电源功率随机波动问题。

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  电网结构与输送极限是决定电网配置资源能力的两个重要方面,电网响应即从调整这两项内容着手。其一,是依靠先进的输电方式,增强电网在大时空范围内的输送能力与资源优化配置能力,合理运用大规模集中电站并网外送、基于可调负荷和储能的就地消纳、基于微网的分布式接入等多种方式,提高电力系统对新能源的接纳规模。在这方面,特高压技术的研发做出了积极尝试,特高压海底电缆、柔性直流输电技术都是未来的探索方向。其二,需要基于新能源电源的时空特性与多种新型输电方式的特征优化电网结构,硬件上构建区域电网间解耦连接、分层分区的输电网架,软件上研发可以同时响应负荷和电源功率随机波动性的电网结构渐进优化理论方法。

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