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高比例间歇式能源的区域智能电网集成项目的应用成效

聚行业--智能电网 shupeidian.bjx.com.cn   2017-04-18 09:24

智能电网-全文略读:以大规模可再生能源利用为特征的智能电网综合示范工程”在关键技术、关键设备、支撑体系和综合示范四个方面实现了多项技术创新,提供了大型海岛绿色能源建设的实践案例,解决海岛大规模可再生能源的平稳外送问题,对我国其它地区的可再生能源接入工程有重要参考价值...

 

智能电网--高比例间歇式能源的区域智能电网集成项目的应用成效

 

高比例间歇式能源的区域智能电网集成项目的应用成效

 

所属频道: 电网建设 关键词:国家电网 智能电网 区域智能电网

 

北极星输配电网讯:日前,国家科技部验收了由国家电网公司承担的国家支撑计划“含高比例间歇式能源的区域型智能电网集成综合示范”项目。该项目于2013年获批立项,包含“以电网低碳化为特征的智能电网综合集成示范工程”“以多环节综合互动为特征的智能电网综合示范工程”“区域智能电网综合示范工程”“以大规模可再生能源利用为特征的智能电网综合示范工程”4个课题,其中3项分别由国网上海、江西和宁夏电力主导。

 

在我国大力发展风电、光伏等间歇性可再生能源的背景下,该项目为解决我国电网对高比例间歇式能源接入的适应性、安全稳定的可控性、消纳利用的经济性等难题提供了技术手段,有力支撑了能源结构清洁化发展。让我们一起深入了解下该工程展示的智能电网技术和应用成效。

 

江西共青城的电动公交正停靠在车站更换电池

 

江西共青城

 

低碳化发展生态经济区

 

目前,江西共青先导区减排效益显著,单位GDP二氧化碳排放强度降低32.94%,电能终端能源消费比重提高到28.37%,清洁能源消纳占比从5.86%提升到54.52%,形成基于全寿命周期理论的电网低碳运行管理机制,实现了从单项技术的低碳能力向区域整体低碳效益最大化的迈进。

 

“根据系统显示,可以看出我们现在使用的电是高碳电。”4月14日,国网江西电力科学研究院的工作人员在江西共青城鸿奕鞋业生产车间现场展示碳量测系统成果。

 

电从发电厂出来,要通过输电、变电、配电等多个环节和很长的线路,再到达用户侧使用,通过安装在用户端的一个设备,竟能够实时测出这从四面八方来的电的碳排放强度?这听起来让人难以置信。但这正是国网江西省电力承接的国家科技支撑计划子项目——“以电网低碳化为特征的智能电网综合示范工程”最核心的研究成果。

 

电力行业是国家实施节能减排的重点领域,要有效落实减排承诺,必须通过合理手段实行节能减排,加快发展智能电网技术势在必行。以前,由于缺乏全环节的碳量测手段、全过程的碳控制技术、全方位的碳评估方法,致使智能电网建设对城市低碳发展的贡献难以体现。2013年,国网江西电力与江西电科院以江西共青城为综合示范区,启动了首个以电网低碳化为特征的智能电网综合示范工程建设。

 

项目的综合示范区为江西省重点发展的生态经济区——共青先导区,项目主要从低碳规划、低碳调度、低碳运行、低碳用电、低碳评估和低碳管理六个方面开展具体工作。其中低碳评估是核心,其结果可以作为有效实施低碳规划及调控运行和用电的依据。“以低碳为目标的智能电网存在三大核心技术难题:实现碳排放流实时监测、分析难度大;实现低碳优化运行控制难度大;准确、量化评估工程低碳效益难度大。“江西电科院相关负责人介绍道。

 

为破解这些难题,由国网江西省电力公司牵头,中国电力科学研究院、清华大学、武汉大学、湖南大学共同参与,成立了专家团队,共同攻克难题。

 

在工程实施中,项目人员提出了碳排放流的分析方法。原有的碳排放分析只能评价每发一度电的碳排放,无法体现每输一度电和每用一度电的碳排放,以及哪个用户用一度电产生的碳排放是多少,产生在哪个电厂。因此无法得到用户用电中清洁能源的比例,配网和用户也不知道自身用电什么时候比较低碳,在哪里用电比较低碳,怎么用电可以更低碳。这样,就难以从电网和用户的角度去辨识使电力系统更加低碳的设计与控制方法。若对主网实时的电能比例构成知晓,对微网中电动汽车和储能装置进行合理的控制,可有效增加微网清洁能源的消费比例,降低用电的碳成本。

 

该项目着眼整个共青先导区,根据碳排放流的评估,通过调整调度运行方式,优化水/火电出力潮流分布,增加蒲塘变和杨星线等变电站及线路,提升新能源的接入与消纳能力,促使柘林水电消纳占比显著提升,吉山风电、隆世光伏、凯迪生物质等并网新能源实现100%就地消纳。

 

宁夏电网多环节互动促新能源消纳

 

据测算,以多环节综合互动为特征的智能电网综合示范工程从2015年3月24日运行至2017年年底,将累计节约发电成本4362万元,节约启停成本1.5亿元,产生经济效益7.31亿元,累计创造的直接经济效益将达到9.29亿元。

 

4月12日,宁夏电力调度控制中心当值调度员黄伟兵通过新能源功率预测系统及系统负荷预测信息,预估出当天12时~14时之间火电达到出力下限时,仍有236.3兆瓦时的新能源无法消纳。此时,发输调度互动系统立即启动多环节互动计划编制,并自动向3家直供大用户下发互动需求信息。

 

3家直供大用户根据收到的互动需求信息及自身用电实际,向发输调度互动系统反馈可接受的3种用电模式及对应的用电调整成本。发输调度互动系统收集到大用户互动意愿信息后,开始编制日前互动预调度计划并开展安全校核,同时配电网层面互动启动,并向互动用户调度系统下发互动需求信息。随后,互动用户调度系统根据上次互动信息,向发输调度互动系统申报了两种互动意愿,同时向5家配电网用户下发了申报指导信息。

 

最终,经过发输调度互动系统及互动用户调度系统的反馈与协调,两家直供大用户及各配电网用户,按照日前互动调度计划进行了互动。互动能力及效果评估系统根据实际互动效果,计算得出发输环节弃风光率、单位电量发电成本、线路负载率和峰谷差,配用环节舒适度、信用度、负荷率和效益系数等指标。经测算,当天产生直接经济效益31.7万元。

 

近年来,宁夏风电、光伏产业发展迅猛,新能源装机容量一直处于超常规增长状态。截至今年3月底,宁夏新能源装机达到1447万千瓦,同比增长24.58%,占全网总装机容量的41.23%。其中,风电装机942万,同比增长14.53%,占全网总装机26.83%。按照自治区能源电力发展规划,到2020年自治区新能源装机将达到2100万千瓦,其中风电达到1100万千瓦,光伏达到1000万千瓦。

 

“宁夏电网新能源装机呈爆发式增长,要实现大规模、高比例并网,电网将面临安全运行和调峰消纳两大难题。”国网宁夏电力调度控制中心总工程师项丽表示。

 

近几年,国网宁夏电力通过完善750千伏坚强主环网,开发新能源功率预测系统、新能源功率控制系统等方式,在电网运行中逐步缓解新能源并网及消纳带来的压力,而调峰消纳方面,目前在技术领域还面临巨大挑战。

 

2015年,基于成熟理论研究,国网宁夏电力牵头开展了关键系统研发,设计出由发输调度互动系统、互动用户调度系统、互动能力及效果评估系统、互动数据接口系统组成的互动运行管理平台。该平台与输电网调度、配电网调度、电力负荷调度平台互联互通,全面实现了发输配用一体化的综合调度,并加快了示范工程的建设。

 

作为解决调峰问题和实现新能源最大限度消纳的全新思路,国网宁夏电力依靠宁夏作为全球能源互联网战略的重要支点,大力推进多条特高压电力外送通道建设及运行。同时,该公司也是智能电网综合集成示范基地,具有新能源装机比例高、网架结构紧凑规模适中等特点,具备发输配用储微全面互动的优势。为此,该公司展开以激发各种用户潜力为手段的多环节互动措施的课题研究。

 

通过实践,以多环节综合互动为特征的智能电网综合示范工程不仅建立了互动电网运行的新模式,而且首次在国内以最小的成本实现常规电源、集中式新能源与分布式发电的互动,配电网运行与分布式电源和负荷的互动,以及配电网与输电网的互动。

 

上海崇明岛当“绿岛”遇上智能电网

 

2016年,上海崇明岛供电量16.05亿千瓦时,绿色能源上网电量4.74亿千瓦时,占全岛供电量的29.53%。年节约标煤21万吨,减排二氧化碳66.8万吨。

 

4月12日,崇明岛上,风力发电机徐徐转动,光伏面板闪烁着蓝光,经由“全岛—配网—需求侧”的能量优化协调控制,绿色能源在“输、配、用”三个层面贯通,使全岛如同一颗熠熠生辉的绿宝石,镶嵌在我国电网版图上。

 

崇明岛是我国第三大岛,因与上海主体市域被长江隔阻,全岛长期以来以第一产业为主,较好地保持了原生态风貌。

 

从上世纪九十年代开始,上海逐步探索崇明岛生态发展路径。为了与“绿岛”的定位匹配,上海市政府在《崇明生态岛建设纲要(2010~2020)》中明确提出构建绿色能源体系的建设目标,增加外来电等清洁能源和加强可再生能源利用。

 

2011年,“崇明岛建设智能电网综合集成示范”项目研讨会在沪召开。能与智能电网结缘,得益于崇明岛独特的地理位置和自然秉赋。“崇明岛地理位置相对封闭、大小适中、电网相对独立,岛内风能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能等可再生资源丰富,是高比例可再生能源智能电网综合集成示范的理想场所。”在崇明建设智能电网的战略构想获得了与会专家的肯定。

 

2013年,经国家科技部批复,“以大规模可再生能源利用为特征的智能电网综合示范工程”成为“含高比例间歇式能源的区域型智能电网集成综合示范”这一国家科技支撑计划项目的4个课题之一,被批准立项。“崇明岛建设智能电网综合集成示范”项目迎来它的“升级版”。

 

“以大规模可再生能源利用为特征的智能电网综合示范工程”以支撑“智能国际生态岛”建设为目标,围绕绿色能源的综合利用为主线展开,共设置8个任务。

 

在输电层面,接入4座风电场总计203.5兆瓦风电,并与400兆瓦燃气机组开展风燃协调等效电厂示范,解决大规模风电不确定性和波动性问题,实现全岛能量平衡与优化运行。在配电层面,接入9兆瓦生物质能发电、1兆瓦光伏发电、19.5兆瓦风力发电配置2兆瓦时锂离子电池储能,开展灵活调配分布发电和用户的智能配电网示范及风电场储能接入示范,从网源规划、网络重构和优化控制三个方面平抑分布式能源快速波动,实现友好接入与优化消纳。在用电层面,开展环岛电动汽车供能体系、1兆瓦时钠硫储能电站以及用户互动示范,实现分布式能源就地消纳。

 

整体项目尤其注重信息化功效,在信息层面建设了崇明智能电网统一信息平台及全岛综合能量管理系统,实现了“全岛—配网—需求侧”的能量优化协调控制。通过输、配、用三个层面的纵向互动,实现全岛可再生能源的友好接入、分层分区消纳和高效环保利用。

 

“以大规模可再生能源利用为特征的智能电网综合示范工程”在关键技术、关键设备、支撑体系和综合示范四个方面实现了多项技术创新,提供了大型海岛绿色能源建设的实践案例,解决海岛大规模可再生能源的平稳外送问题,对我国其它地区的可再生能源接入工程有重要参考价值。未来,随着崇明岛绿色能源比例的进一步增大,国网上海电力将进一步深化研究成果应用,打造区域绿色能源互联网,支撑崇明世界级生态岛建设。

 

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