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“微电网“与“弃风弃光弃水”
发布于:2018-2-24 9:02:46    文字:【】【】【

       近些年来,新名词层出不穷,从最开始的“互联网+”,到各种“云”,再到“大数据”,无一不彰显着社会进步,科技发展给人民工作生活带来的便利。于此同时,电力能源行业也悄然出现了一些新名词,有从字面上就比较好理解的“可再生能源“,”清洁能源“,“微电网”等。也有让人疑惑的,”弃风弃光弃水“”垃圾电“等名词。接下来,本篇文章将为大家解读“弃风弃光弃水“以及”垃圾电“的由来,进而着重介绍”微电网“的构成,优势,与挑战。

       社会的不断进步,科技的高速发展,以及经济的快速增长,在给予人民便捷高效的生活的同时,也给环境造成了不可避免的负面影响。这是社会发展的必经过程,望眼全世界,英国用了30年时间治理雾霾,美国洛杉矶用了60多年才让空气达到洁净标准,日本也耗时30年致力于治理空气污染。现如今,我国也面临着同样的难题:社会高速发展所附带的环境污染。与之不同的是,我国在促进发展的同时,很早便提出了可持续化发展,低碳减排等发展政策,足以见得我国政府对环境保护的重视。

       我国从2001年便开始积极发展新能源技术,其中主要包括太阳能,风能,和生物质能。据统计,我国现风力发电量,太阳能发电量,以及水力发电量都居世界首位。由于水力发电对周边生态造成影响,其是否属于可再生能源依然存在争议,本文暂且不对其进行详解。

     “弃风弃光弃水”指的是无法有效并入电网进行使用的风电,光电,和水电。根据国家可再生能源信息管理中心的统计,2017年前3季度部分地区弃水率高达33.7%,弃风率最高达33%,弃光率最高也达到21.9%。甚至纽约时报曾以”停转的风车“为标题报道过我国风电场产能闲置的问题。那么,到底是什么造成了所谓的”产能闲置“呢?首先,我们从电网供电机制说起,图1

图 1  电网供电示意图

     1是我国电网供电示意图,它展示了电从制造,经过传输,到使用的过程。我们所使用的电力首先由发电厂产生,经由高压输电线路进行长距离的传输,然后到达中压配电站进行降压处理,中压电再由中压输电线路传输到用电区域的本地配电站,本地配电站将中压电力转化为我们家庭使用的居民用电或者工厂使用的工业用电。这个过程看起来貌似很直接明了,实际上却涉及复杂的运算与控制。这些运算与控制都是由国家电网完成的(图1最上方)。电网输电过程是单方向由电源(发电端)到负荷(用电端)的不可逆的过程,国家电网的职责就是根据过往用电数据以及诸多客观因素的综合分析,提供对各个地区用电量的预判,进而分配各发电站的产电功率以及指挥配电站的电量传输量。简而言之,国家电网的作用是监测,分配,与调度电力资源。

       接下来,我们来看看可替换能源的发电机制。首先,太阳能利用太阳光子的能量或辐射的热量进行发电,其发电量与接受到的能量成正比,与光照强度与光照时间有关。风能发电利用风车收集风的动能从而带动发电机转动发电,其发电量同样与接受到的能量成正比,与风能强度与风能持续时间有关。可以看出,可再生能源如太阳能与风能的产电量与速率完全受接受到的能量(太阳能或者风能)影响,这就无法保证其本身可以提供稳定的电能输出。

       综合电网输电的特性与可替换能源的发电机制,不难看出“弃风弃光弃水“实属无奈之举。首先,国家电网输电采取主动式供电,即根据历史数据以及对用电量的预判进行计划供电。可替换能源的发电功率受客观环境的(光照或者风强)影响,无法提供稳定的电力,致使国家电网无法准确的分配以及调度电力传输。其次,可替换能源的产电功率与电网负荷不匹配,比如晚上6点到10点是电网负荷最大的时候,而这时太阳能发电站基本已经停止工作了。最重要的是,可再生能源的电量并入电网会造成电网电压波动,使其无法正常工作,严重的情况下会造成设备的过载甚至不可逆的损伤。因此,国家电网只分配一定的配额用于可再生能源的并入。这也是造成“弃风弃光弃水“的主要原因。可再生能源的这种”我需要电的时候,你不一定能给;我不要电的时候,你强行要给电“的不稳定表现也被电力工作者冠以“垃圾电”的头衔。

       随着科技的发展,微电网逐渐进入科研和电力行业工作者的视野。微电网是一种相对于广电网(既电网)的电力网络,就像局域网之于互联网一样。所谓微电网,是指分布式电源,本地负荷,本地储能装置,以及相应的监测与控制系统的总和。微电网可利用数量庞大,地域分布离散,以及能量源多样的分布式电源,通过有效的控制与通讯策略,提供高效而灵活的供电解决方案。微电网的诞生可极大的缓解可再生能源的“闲置”问题,它既可以独立运作也可以并入电网使用。微电网与可再生能源最大的区别在于其具备完整的发电,储电,用电,和监控架构,它能最大化可再生能源的利用率。图2为微电网示意图。

2  微电网示意图

       如图2所示,微电网主要由分布式电源(风机),能量转化储存装置(以水电解制氢技术为例),发电装置(以氢燃料电池为例),以及微电网监控系统为主。微电网的优势在于通过能量储存装置灵活地利用可分布式电源的不稳定输出环境,同时存储的多余电能通过发电装置既能在产电低谷时给微电网负荷供电,又能连入电网作为备用配电供电网使用。ag环亚官网早在2013年就与美国弗吉尼亚州西边的一个叫Ranson的小型城市达成合作,提出 构建“氢能小镇”的计划 。该计划利用城市周边的风能以及建筑屋顶的太阳能板作为能量源,配合其公司的水电解设备与燃料电池技术组成“氢能小镇”供电装置。其设计理念其实就是利用当地可再生能源组建一个微电网给Ranson提供电力,使其具备电力独立性,见图3。然而到目前为止,大部分微电网还仅局限于示范项目或特殊地区的供电,比如上文所说的氢能小镇,电力孤岛地区,或者短期临时区域。


3 ag环亚官网的氢能小镇项目

       微电网作为一种灵活高效的电力网络正受到越来越多的关注,它整合离散的可再生能源资源,一方面提供独立的电力供应,另一方面通过存储设备保存过剩电力。其优势在于通过自身的监控系统以及与电网的通讯,可在孤岛模式和并网模式间自由切换,不影响电网供电的稳定性。大规模的微电网应用不仅可以缓解电网峰值负荷的压力,还能缓解“弃风弃光弃电”现象,增加可再生能源的利用率。如果以水电解制氢作为存储手段,其制造的氢气还可直接用于燃料电池系统,为交通工具或者其他用电设备提供电能。

脚注信息
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