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构建适应可再生能源资源特点的新的电力体系

jiang_0514  发表于 2009/8/20 9:06:25      1348 查看 2 回复  [上一主题]  [下一主题]

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构建适应可再生能源资源特点的新的电力体系 
  作者:国家能源局新能源和可再生能源司副司长 史立山  来源:输配电产品应用开关卷 总第78期
  能源是经济社会发展的重要物质基础,电力是现代能源体系的核心,确保电力安全可靠经济供应是能源发展的重要任务。经过一百多年的发展,电力已成为人类最方便和最清洁的能源形式,现代社会的特点是与电力密切相关的,经济社会越发展对电力的依赖就越大,没有电力就没有现代社会。但电力只是一个载体,本身并不是能源来源,确保电力供应的关键是如何保障一次能源的可持续供应。受化石能源资源有限性和气候变化的双重影响,目前的能源供应体系受到了了严峻调战,开发利用可再生能源成了国际社会的共识。目前的能源体系是建立在化石能源基础上的,特别是电力系统主要是由燃煤电站、水电站、核电站等可控电源组成的,是可以根据用电负荷需要来进行发电并保持电力系统供需平衡的。可再生能源的特点是资源分布广、能量密度较低,特别资源具有随机性和间歇性,如何使可再生能源发电融入现代电力系统,是推动可再生能源开发利用的一项重要任务。由于可再生能源资源的特性不可改变,要提高可再生能源在能源消费结构中的比重,必须要建立适应可再生能源特点的电力系统。
  
  一、充分认识可再生能源在未来能源体系中的作用。
  
  工业革命以来,世界能源的增长大大快于人口的增加。据统计,世界人口增加了4倍,能源增加了60倍,而全球仅有15%的人口实现了工业化。目前,发达国家的人均能源消费量都在6吨标准煤以上,美国达12吨,而世界平均能源消费水平为2.5吨标煤左右,我国人均能源消费目前为2吨标煤左右,非洲国家的人均能源消费量仅为0.5吨标准煤。
  
  随着全球人口的增加和世界经济社会的进一步发展,全球能源消费必将持续增长。据国际能源署预测,到2030年,全球能源消费总量将由目前的160亿吨标煤增加到约250亿吨标煤。目前,全球探明的各类能源资源剩余量为石油约1650亿吨、天然气约181万亿立方米、煤炭约9000亿吨。按目前全球能源消量测算,石油可开采约40年,天然气可开采约63年,煤炭可开采约130年。从全球化石能源资源来看,再使用几十年或上百年是不会有问题的,但化石能源燃烧释放二氧化碳等温室气体所引起的全球气候变化问题,已成为扩大化石能源消费的重要制约困素。
  
  政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告指出,近50年来全球变暖主要是由于人类活动大量排放二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体的增温效应造成的,其中工业革命以来的化石能源燃烧释放的二氧化碳起到了重要作用。目前大气中的二氧化碳浓度已由工业革命前的280ppm达到了目前的380ppm,并且由于化石燃料燃烧和森林破坏等因素的影响,每年仍以2ppm的速度上升,最新的研究报告认为,为了使地球保持与工业革命前相似的状态,大气中最佳的二氧化碳浓度水平应不超过350ppm,因此,应对全球气候变化的任务相当艰巨。从目前人类的认识和技术来看,减排温室气体最有效的措施就是减少化石能源消费,一是要努力提高能源利用效率,减少能源消费总量,二是大力开发利用可再生能源,降低化石能源在能源消费中的比重。正是基于这样的认识,世界主要经济体都把开发利用可再生能源作为了能源发展优先领域,制定了促进可再生能源发展的战略、目标和激励政策,鼓励、引导和支持可再生能源技术进步和产业发展,欧盟、美国和日本等都提出了宏大的可再生能源发展目标。如欧盟提出,到2020年和2050年,可再生能源占其能源消费的比例将分别达到20%和50%;美国提出,到2025年,风力发电占其全部电力的20%,生物液体燃料替代30%的石油产品;日本提出,到2050年,可再生能源等替代能源将占其能源供应的50%以上。
  
  可再生能源是指资源不因开发利用而减少或可周期性恢复的能源,包括水能、风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能等,具有资源分布广、利用潜力大、环境污染低、可永续利用的特点。普遍认为,可再生能源是满足来来经济社会发展的能源资源,如太阳能资源,一般地区每平方米每年收到的太阳幅射能量达1000千瓦时以上,在日照好的地方,如沙漠地区,达2000千瓦时以上。据统计,地球表面积为1.5亿平方公里,其中沙漠面积为3600万平方公里,沙漠地区5小时收到的太阳能幅射能量相当于目前全世界的能源消费量。其它可再生能源资源,包括风能、地热能、生物质能和海洋能等也非常丰富。只要世界各国共同努力,大力推动技术进步,开发利用好可再生能源资源,努力转变以化石能源供应为主的能源体系,使能源供应逐步转向以可再生能源为主,就能够解决目前所面临的能源资源和能源环境问题。因此,必须充分认识可再生能源在未来能源体系中的重要作用,及早行动,采取有效的政策和措施积极推动可再生能源的技术进步和产业发展。
  
  二、可再生能源发展面临的主要制约因素
  
  可再生能源发电是可再生能源利用的主要形式。目前,风能和太阳能发电技术已非常成熟,基本具备了扩大应用的条件。由于可再生能源资源自身的固有特性,与煤炭等常规能源发电技术相比,可再生能源发电也具有随机和间歇的特点,如风能资源时大时小、时有时无,太阳能资源白天有、夜间没有。除了目前可再生能源技术仍是发展中的技术,成本还比较高,在不考虑化石能源外部成本情况下,可再生能源发电还不具备市场竞争力,需要政策支持和资金补贴外,也面临着认识、技术和管理方面的多重制约。
  
  电力系统是由发电站、输电网络、配电线络、电力用户和控制系统组成的复杂的体系,具有瞬间响应、及时平衡的特点,发电和用电之间要随时保持平衡。目前的电力系统是建立在可控电源基础之上的,电力系统管理者可以根据电力负荷的需要来安排发电。虽然电力管理体制在改革和变化,但无论是实行"厂网分开、竞价上网"改革,还是由发电企业和电力用户签订合同进行所谓的“直供”改革,电力系统的这一特点改变不了。正是由于电力系统的这种特性,普遍认为,虽然可再生能源是“绿色能源”资源,但由于其间歇和随机特性,所发电力是“劣质电力”,由此认为,可再生能源发电在电力系统中的比重不能大,否则电力系统将难以安全运行。
  
  此外,可再生能源发电是从解决分散用电发展起来的,长期以来,可再生能源发电技术研究主要集中在机组开发和产品制造方面,如风电机组的技术进步很快,不仅单机容量快速增加,从过去的几十千瓦、几百千瓦到了现在的几千千瓦,而且发电成本也下降很多,已基本可以与常规能源发电相竞争,但在可再生能源发电并网问题方面重视不够。从我国风电发展情况来看,并网运行问题已成为风电发展最重要的制约因素,突出表现为对电力系统如何适应风电规模化开发研究不够,仍是从传统的电力系统特性出发,简单地要求风电去适应用电的需要。其它可再生能源发电技术也面临类似的问题。总体来看,还没有形成适应可再生能源资源特点的电力系统运行技术和管理方式。
  
  三、构建适应可再生能源资源特点的新的电力系统
  
  经过近百年来的发展,电力系统已成为经济社会的基本组成部份,就像空气对人的生存一样重要,现代社会已不可能离开电力而存在。化石能源资源的不断枯竭和气候变化的日趋严重,要求能源供应必须逐步转向以可再生能源为主,相应电力供应也要转向以可再生能源发电为主。建立适应可再生能源特点的电力系统,是推动可再生能源发电发展,实现能源供应由以化石能源为主转向以可再生能源为主的重要步骤。
  
  目前的电力系统是以集中的大型电站为主要电源构成的,电源是完全可以调控的,可以根据电力负荷的需要来安排发电,电力的流动方向是固定的,主要是从发电厂输向电力用户,发电厂发电经升压后送往用电地区,再逐级降压至用户需要的电压等级,以满足用户的电力需要。目前电力系统的特点是发电站数量较少,而用户数量很多,电力系统管理者可以根据用电负荷的需要调度发电站,要求发电站增加发电容量或减少发电容量,以保持电力系统的供需平衡,确保电力系统的安全可靠运行。可再生能源的特点是资源分布广、能量密度低,比较适宜于小规模分散开发。如太阳能资源到处都有,都可以建设发电设施,生物质资源也很分散,也只能建设小型发电设施,如目前的沼气发电和气化发电,装机规模只有几百至几千千瓦。此外,风能资源的间歇和随机特性,也给电力系统的管理提出了新的要求。因此,随着可再生能源发电的发展,电力系统将会从目前的以集中电源为主转向集中电源和分散电源相结合的状态,如每个电力用户(包括家庭)都可以安装光伏电站,电力系统会像目前的互联网络,每个用户都同时是发电站,既可以从电网内得到电力,也可以向电网输送电力。风力发电和太阳能发电将是重要的发电技术,广袤的沙漠可能将是未来太阳能发电站最理想的建设场址,今天看似没用的沙漠将来可能是重要的能源来源。可再生能源的这些特性,要求未来的电力系统应尽可能的大,以覆盖更多的风电和沙漠太阳能发电,同时也要适应从集中电源向分散电源转变的管理要求。可以设想,未来电力系统将是由众多分散式可再生能源发电为支撑、以可以灵活运行的水电为补充、以集中抽水蓄能电站和分散式蓄电装置为调节、由坚强输电和配线路相连接的智能化的庞大系统。
  
  为了实现经济社会的可持续发展,必须首先实现能源的可持续供应,从目前的认识水平来看,开发利用再生能源是实现能源可持续供应的重要措施。因此,必须转变观念,从战略的高度来认识发展可再生能源的重要意义,并根据可再生能源的特点,加快构建适应可再生能源发电特点的电力系统,应重点做好三个方面的技术准备工作。
  
  一是适应可再生能源特点的电力系统调度运行技术。确保电力系统安全可靠运行是电力系统管理的首要任务,长期以来,电力系统运行管理主要是根据用电负荷来安排发电容量,这是建立在发电机组出力是可以调控基础之上的。但受再生能源资源特性的影响,可再生能源发电是难以控制的,如风电要根据来风情况来发电,而不能根据用电需要来发电,很可能是在需要用电的时候没有风,使风电不能发挥作用。太阳能发电也是这样,不能根据用电需要来发电,而只能根据自然条件进行发电。这就需要建立适应可再生能源特点的电力系统运行管理技术,加强对可再生能源资源规律性的研究。实践表明,从统计规律来看,风能、太阳能都是有规律可循的,由此可以对风力发电和太阳能发电的出力进行预测预报,并在此基础上建立新的电力系统运行管理技术,确保可再生能源发电容量可按自然条件进行发电,以发挥可再生能源发电在增加电力系统电量方面的突出作用。
  
  二是小型分布式发电系统并网技术。受资源特性的影响,可再生能源发电是最适合分散建设的,如太阳能资源分布十分广泛,地球上任何有太阳照射的地方,理论上讲都可以建设太阳能光伏电站。随着光伏发电技术的进步和成本的降低,太阳能发电会得到广泛的应用,特别是每个家庭都可以建设一定规模的太阳能光伏电站,以满足自身的用电需要。但太阳能光伏发电必须联网运行,即白天太阳光照强的时候可向电网送电,在夜间没有太阳的时候向电网购电,这样,在电力系统内将会出现数量众多的小型太阳能光伏发电站系统。解决好小型太阳能光伏发电系统并网问题,包括并网技术和电力系统管理要求,以保证整个电力系统的安全可靠运行,是推动可再生能源发电发展的重要措施。
  
  三是大容量高效率的电力储存技术。解决可再生能源发电与电力需求之间不匹配问题的最佳措施,是研究开发大容量高效率的电力储存技术。目前,可大规模进行电力储存的是抽水蓄能电站,事实上,抽水蓄能电站不是进行电力储存,而是进行能量转换,将电力系统多余的电能通过水泵转化为水的势能,在电力系统需要电力时再由水轮机转化为电能。如果能够开发出真正的电力储存技术,如大容量高效率的蓄电池,把可再生能源在用电低谷时的所发电力储存起来,将会很好地解决可再生能源发电面临的制约问题。如果能够开发出这样的电能储存技术,在每个家庭和用户都安装一定规模的电能储存设施,以解决各自用电不均匀的问题,并可由电力系统管理者进行集中控制,在可再生能源发电多时进行充电,缓解电力系统的供需矛盾问题,将会对推动可再生能源发展起到重要的作用。
  
  国内外实践证明,增加可再生能源发电在电力结构中的比重,从技术上讲是不会有制约的,不会因为可再生能源比重大而影响电力系统的安全运行。但增加可再生能源发电会在经济上付出更多的代价,要求电力系统有更多的发电备用容量,电网输送能力也要更大些,电网结构更坚强些,整个电力系统发电设备利用小时会降低,电力系统运行管理的要求会更高,电力用户也需承担更高的电价,也就是说节能与节约是不可能兼得的,要实现能源节约须付出更多的经济代价。从能源可持续发展角度看,这种代价是必须的。总体来看,开发利用可再生能源不仅是当前实现节能减排的需要,更是解决未来能源可持续供应问题不可替代的措施。从目前能源技术和管理来看,推动可再生能源发电的发展,必须解决好可再生能源发电与现代电力系统的融合问题,要根据可再生能源的特点,构建适应可再生能源发展的新的电力系统,既要保障电力系统的安全可靠运行,又要充分发挥可再生能源清洁环保的作用,以推动能源体系由以化石能源为主向以可再生能源为主的转变。
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    zhongyufa   发表于 2012/8/23 17:08:44

    好的文章一定要顶。学习了。楼主分享的非常好。

    我是做电子元器件的,有兴趣可以交个朋友

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    引用 zhongyufa 2012/8/23 17:08:44 发表于2楼的内容

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    zhongyufa   发表于 2012/8/23 17:09:08

    好的文章一定要顶。学习了。楼主分享的非常好。

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    引用 zhongyufa 2012/8/23 17:09:08 发表于3楼的内容

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