电网“智能”的距离?——中国成为世界智能变电站技术的引领者

2013-06-26 电子围栏|高压电网

中国坚强智能电网建设已经实现重大突破,正成为世界智能变电站技术的引领者

随着风能、太阳能等可再生能源的不断发展,国家电网系统正在酝酿转向“智能化”。

然而,可再生能源的发电量会随气象条件的变化而发生大幅波动。例如,当没有风时,风力发电的叶片基本上不会转动;太阳照射不到,太阳能发电也发挥不了多少作用。一旦其加入电网,就会给电网系统带来频率变动,造成电压上升以及如何吸收剩余电力等难题。这就需要电网系统变得更加“智慧”。近年来频频提及的“智能电网”概念,其初衷即是为了解决类似的问题。

但究竟何为智能电网,它都孕育着哪些商机?国资可以在哪些领域大展拳脚?或许一两句话说不清楚,权当从解惑开始。

蓄电池与智能电网

在电网中,发电的输出和需求相一致是十分重要的,假若输出超过需求,频率就会升高。反之,频率就会降低。要想保证电力质量,就必须要稳定频率。

刚开始之初,风电、太阳能发电的上网量很小,电网(电力系统)可以吸收其输出变化。但随着这部分发电上网量的增大(规划的一个目标是20%-30%),很快便超出了现行电网的吸收能力。其直接后果是:电力系统频率将随之发生变化,引起停电事故或降低供电质量。比如,目前我们国家电网的标准电压为220v,家用电器的电压设定也是220v。如将风能、太阳能发电系统直接并入电网,按照欧姆定律就会使其电压出现上升,超过了220v。这样,你家里的所有电器就全废了。

为了确保电网运行的稳定性,解决方法之一就是采用大型蓄电池(参见新视界第2期《大型蓄电池“上路”》),并通过传感器加以控制。具体做法是:针对风力发电与太阳能发电的能源输出,采用蓄电池作为缓冲来保证电网的稳定;再在网络中安装传感器,用来监控(即负荷控制)普通住宅、办公楼、工厂等用电方的电力需求(负荷),从而使发电端与负荷端都实现优化控制。

这就是“智能电网”的雏形。

世博会的实验场

2010年上海世博会园区,就是中国版“智能电网”精彩展示的实验场。

国家电网将这个“智能电网”命名为“坚强的智能化电网(Strong&SmartGrid)”。据说,“Strong”的意思是构筑较少出现停电事故的高可靠性电力网,“Smart”的意思是构筑可以利用通信来掌握供电情况的电力网。据《技术在线》的相关采访,坚强智能电网的重点将是“即便导入输出功率不稳定的可再生能源,也可以稳定运行的电力网”。

众所周知,世博会场是太阳能发电的聚集地。其中,中国馆、世博中心、未来馆和主题馆分别安装有302kW、1040kW、520kW以及2825kW的太阳能发电设施,主要设施上的太阳能电池总装机容量超过4.68兆瓦。

这些发电,都被连接到世博园区内的“坚强的智能化电网”。因为园区内还设置了32座10kV变电站和200个降压用变压器。这些设备的一部分中配置有服务器,从而构筑了收集电力信息的网络。

这个“坚强智慧”的电网是这样工作的:随时掌握世博会场内的太阳能电池发电量、主要设施的用电量、空调和照明等设备的用电量,以及可进行充放电的电动汽车电力供求量等,还可确认电费。电力信息的收集工作中使用捆绑在光纤和电力线上的自主开发的通信线。一个比较牛的地方是:检测到断线等故障时,这一系统可以自动切换为其他路径的电力系统并进行修复。

世博园区外的周边部分居民小区,则进行了智能电表试点,利用电能管理系统收集、分析家庭用电的数据信息。

新的市场机会

世博会后,中国“智能电网”出现了越来越多的综合示范园。

日前,作为国内首个智能电网综合示范工程,中新天津生态城智能电网工程中和畅路110千伏智能变电站基本建成,并进入了其电压设备调试阶段,这也是天津市首个智能变电站。而3月30日,扬州开发区的“智能电网综合示范工程”建设工作方案,也顺利通过了国网公司的评审。

此前,国家电网年初已建成投产110千伏四川北川和220千伏青岛等7座智能变电站。智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一,是智能电网的重要组成部分,也是实现风能、太阳能等新能源接入电网的重要支撑。作为衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键,智能变电站可在技术和功能上更好地满足智能电网信息化、自动化、互动化的要求。

无疑,中国坚强智能电网建设已经实现重大突破,正成为世界智能变电站技术的引领者。

更重要的是,“十二五”期间,国家电网将投资5000亿元,建成连接大型能源基地与主要负荷中心的“三横三纵” 的特高压骨干网架和13回长距离支流输电工程,初步建成核心的世界一流的坚强智能电网。形成以“三华”(华北、华中、华东)为坚强受端,以西北、东北电网为坚强送端的三大同步电网,跨区输电规模达到2.5亿千瓦,国家电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平将得到全面提升。