北极星电力网首页
您当前的位置:北极星储能网 > 储能产业 > 正文

可再生能源供电电网面对的挑战和解决方案分析

北极星储能网  来源:中国电力科学研究院    2018/6/8 9:55:57  我要投稿  

北极星储能网讯: 受环境和储量等因素的制约,在未来电网电源中,化石能源占比将逐步降低。与此同时,以风能和太阳能为代表的新能源(易变可再生能源)有很大的增长空间,并将逐步取代传统能源。截止2017年底,我国非水可再生能源装机达到16.5%,发电量占比约为6%(来自中电联统计数据)。预计到2020年、2035年和2050年,非水可再生能源电源装机占比可达17.53%、47.96%、71.75%,发电量占比可达8.78%、29.18%、53.35%(来自中科院咨询项目)。新能源本身具有较强的波动性和随机性,其产生的电能依靠电力电子设备接入电网。而电力电子设备的低抗扰、弱支撑、零惯量特性将使电网安全稳定问题日益突出,在量变积累下有可能引发电网运行特性的质变。那么新能源比重的增加会给电网带来哪些变化和挑战?系统特性的拐点将出现在哪里?我们又可以采用哪些技术来应对这些挑战,以最终实现100%可再生能源供电的电网呢?

1 电源的分类

电力系统的功能环节包括发输变配用,其中发电设备占有非常重要的地位,负责将其他形式的能源转化为电能。电网中用于发电的能源有多种形式,如图1所示。由于传统化石能源储量和环境等因素的制约,提高可再生能源占比已经成为未来电网的主要发展目标。

图1 电网电源分类

目前冰岛实现了100%的依靠地热和水电供电,挪威(97%)、哥斯达黎加(93%)、巴西(76%)和加拿大(62%)等国家可再生能源的比重也很高。可以看出这些可再生能源占比高的地区,水资源十分丰富,水电占比较高。但目前为止,水资源丰富地区的水电已经基本充分开发,水电的增长空间不大。而未来社会的电力需求仍在不断增长,可以预测新能源发电(如风电、光伏发电等)在电网中占比仍将不断增加。

新能源电站产生的电能依靠逆变器接入电网,由于其能量密度较低,在电网中多为分布式。如图2为传统电网与未来电网在形态上的对比示意图。

图2 传统电网与未来电网对比示意图

2新能源的随机性和波动性

风能、太阳能等新能源易受气候影响,其出力具有随机性和波动性。众所周知,电网中的发电和负荷要时刻保持电力平衡。发电侧注入电网功率随机易变不利于电网的稳定运行。由于新能源与天气有较强关联,新能源的消纳方案应密切结合天气预报来制定。为维持电网的稳定运行,目前采用的主要应对方式为弃风(弃光)。图3所示为低负荷、80%新能源渗透场景下,电网采用弃风措施调节网络功率平衡的过程示意图。

图3 弃风调节功率平衡过程示意图

高比例的弃风(弃光)会造成能源的浪费,并将限制新能源在电网能源占比(percentage of variable renewable energy,PVRE)的提升。目前,科学家也在探索其他方式,来应对新能源由于随机波动而消纳受限的问题。如增加新能源电站选址多样性,从而降低网络中新能源发电总值的波动幅度;建立跨区域互联大电网,使得新能源发电充足的区域能够及时向高负荷区域输电;增加网络中储能(抽蓄,压缩空气,电池等方式),以达到削峰填谷的作用。同时,一定范围内的需求侧管理,如分时电价、电动汽车的充分利用等,也将有助于电网中功率平衡的控制调节。

3逆变器为主体的电网

与煤电、水电、核电等电源通过同步发电机接入电网不同,新能源产生的电能大多通过逆变器接入电网。逆变器是电力电子设备,其特性与同步发电机有很大不同,如下表所示。

表1 同步发电机和逆变器对比

当通过逆变器接入电网的电能超过电网电源的一半(percentage of variable renewable energy, PVRE>50%)时,电网就变成了以逆变器为主体的电网。由于新能源的发电功率随时间波动较大,PVRE会随时间变化,电网的运行状态可能在同步发电机为主和逆变器为主的状态中切换。如图4所示,为某地区电网在以同步发电机为主(50% VRE线和y轴线之间的点)和以逆变器为主(50% VRE线和100% VRE线之间的点)两种运行状态之间相互切换。

图4 电网在同步发电机为主和逆变器为主的不同 运行状态切换

当网络运行在逆变器为主的状态时,网络中新能源逆变器的控制方法也要随表1所示内容做出相应的改变。

分享到:
投稿联系:陈小姐  010-52898473  13693626116  新闻投稿咨询QQ: 1831213786
邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#换成@)
北极星储能网声明:此资讯系转载自合作媒体或互联网其它网站,北极星储能网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考。
热点关注
南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则(试行)

南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则(试行)

近日,南方监管局发布《南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则(试行)》,本细则适用于南方区域地市级及以上电力调度机构直接调度的并与电力调度机构签订并网调度协议的容量为2MW/0.5小时及以上的储能电站。储能电站根据电力调度机构指令进入充电状态的,按其提供充电调峰

>>更多

新闻排行榜

今日

本周

本月

关于北极星 | 广告服务 | 会员服务 | 媒体报道 | 营销方案 | 成功案例 | 招聘服务 | 加入我们 | 网站地图 | 在线帮助 | 联系我们 |

版权所有 © 1999-2018 北极星电力网(Bjx.Com.Cn) 运营:北京火山动力网络技术有限公司

京ICP证080169号 京ICP备09003304号-2 京公网安备 11010502034458号电子公告服务专项备案