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   能源結(jié)構(gòu)的重大變革,將給未來電網(wǎng)帶來一系列重大挑戰(zhàn)。如何從改變電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行模式等方面入手,解決未來電網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)問題,就成為一個值得深入研究和探討的問題。如果將大量的多種電力資源“打包”在一起,則資源的互補性可以使得“電力包”成為相對穩(wěn)定和可控的資源。未來電網(wǎng)各種電力資源的互補性主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
    時間上的互補性:一些資源只在某一時段可獲得,而另外一些資源則在另一些時段顯得更加充足或在另一些時段根據(jù)需求被利用起來。由于時差的原因,東西部地區(qū)的太陽能就具有時間上的互補性。水電資源具有一定的可控性,可以通過調(diào)節(jié)水電站的發(fā)電功率和庫容量來實現(xiàn)對太陽能或風(fēng)能的補償作用。例如,在24小時之內(nèi),可在風(fēng)能和太陽能等充足的時候,適當(dāng)減少水電功率并增加庫容量;而在太陽能和風(fēng)能減少的時候,適當(dāng)增加水電功率。生物質(zhì)能相對于其他可再生能源而言,具有更好的時間上的互補性,因為生物質(zhì)能是一種可以大量儲存的能源資源,只要任何時候缺少來自太陽能和風(fēng)能的電力,均可以啟動生物質(zhì)能發(fā)電來予以補充。
   
我國水電資源的理論儲量為6.88億千瓦,技術(shù)上可以開發(fā)利用的水電資源總量達(dá)到5.4億千瓦,經(jīng)濟上可開發(fā)量達(dá)到4億千瓦(相當(dāng)于2010年發(fā)電總裝機的40%),目前已開發(fā)的水電總裝機超過了2億千瓦,仍有很大的開發(fā)潛力。2010年,我國可以利用的各種生物質(zhì)資源相當(dāng)于3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)估計,到2050年,可利用的生物質(zhì)能將達(dá)到10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按照年滿發(fā)5500小時計算的話,就可以發(fā)電約5億千瓦;如果只作為旋轉(zhuǎn)備用的話,可以安裝的生物質(zhì)發(fā)電裝機將大大高于5億千瓦。據(jù)嚴(yán)陸光院士等研究報告的預(yù)測,到2050年,我國的總發(fā)電裝機將達(dá)到24億千瓦。即使2050年我國太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電的裝機分別達(dá)到5億千瓦和4億千瓦,水電和生物質(zhì)能在時間上可以與太陽能和風(fēng)能等形成很好的互補,實際上可以起到大容量儲能系統(tǒng)的作用。
    空間上的互補性所謂空間上的互補性,是指在同一時刻不同地點的能源資源具有互補性。在可再生能源中,風(fēng)能是最不穩(wěn)定的能源。德國的有關(guān)研究表明:對單個風(fēng)電場的24小時預(yù)測誤差達(dá)到15%,單個控制區(qū)(400×400km)的誤差則為7.5%~10%,而全德國(650×800km)的誤差僅為5%~6.5%,這說明范圍越大則資源互補性越強。美國特拉華大學(xué)和紐約石溪大學(xué)最近發(fā)表了有關(guān)不同地點風(fēng)力的研究數(shù)據(jù),美國東部沿??缍冗_(dá)2500公里的11個氣象站近5年的風(fēng)力統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明:盡管每一個觀測點的風(fēng)力出現(xiàn)很大的不穩(wěn)定性,但如果利用輸電線路將建立在這11個地點的風(fēng)電場全部連起來作為一個統(tǒng)一的風(fēng)電場,則很少會出現(xiàn)低功率或者滿發(fā)的情況。與單個風(fēng)電場相比,11個風(fēng)電場的總功率變化會顯得比較緩慢,而且永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)沒有風(fēng)電的情況。由此可見,如果將大范圍內(nèi)的風(fēng)電場聯(lián)成一個統(tǒng)一的整體,其發(fā)電功率具有顯著的互補性。
   
不同發(fā)電方式之間的互補性不同的可再生能源發(fā)電方式,其輸出響應(yīng)特性也不盡相同,這在形式上也可以表現(xiàn)為互補性。例如,光伏發(fā)電功率受光強度的變化而實時變化;而對于太陽能熱發(fā)電來說,則由于熱力系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)較大,其發(fā)電功率不僅不會隨光照強度變化而實時變化,而且還可以通過短時調(diào)節(jié)換熱功率而調(diào)節(jié)其輸出功率,因為熱力系統(tǒng)可以儲存部分熱量。同樣,對于風(fēng)力發(fā)電來說,不同類型風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速不盡相同。此外,不同高度下,單位面積的有效風(fēng)功率也不同。因此,如果在同一風(fēng)電場采用不同類型的風(fēng)機并實施統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制,則可以使整個風(fēng)電場的功率輸出變得更加平滑一些。
   
電動汽車充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用電動汽車的動力電池是未來電網(wǎng)中主要的負(fù)荷之一,事實上,這種負(fù)荷也同樣可以看成是電源資源。因為,我們可以在風(fēng)能或太陽能比較充足的時候提高充電速度,而在它們相對少的時候降低充電速度甚至向電網(wǎng)回饋部分電力,則充電系統(tǒng)可以起到平滑電網(wǎng)電源功率的作用。這里,我們認(rèn)為換電池模式是未來電動汽車充電的主要模式,因此電動汽車電池充電系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)的實際情況變化來充電。
   
據(jù)估計,我國現(xiàn)有汽車保有量約8500萬輛,到2020年,我國汽車保有量將達(dá)到1.5億輛。如果按照2050年我國汽車保有量達(dá)到4億輛計算,其中一半是電動汽車(即2億輛)。假設(shè)平均每輛汽車的電池充電一次可以使用4天,則每天有大約5000萬輛汽車需要充電。由于太陽能和風(fēng)能的年有效利用小時數(shù)約為2000小時,則可折合為日平均有效利用時間為5.5小時。以每組動力電池的額定充電功率為15千瓦計算,并考慮到其充電速度可以根據(jù)太陽能或風(fēng)能的變化而調(diào)節(jié)充電速度,以平均充電功率為10千瓦計算(即大約從5千瓦~15千瓦范圍內(nèi)調(diào)節(jié)),則5.5小時內(nèi)可以充電約55度(相當(dāng)于充滿一次可行駛約275公里)。由此可以看出,太陽能和風(fēng)能的日平均有效利用小時數(shù)大致相當(dāng)于一組電動汽車動力電池的平均充電時間,而每組充電系統(tǒng)可以響應(yīng)太陽能與風(fēng)能變化的功率可以達(dá)到10千瓦,即全國的電動汽車充電設(shè)施可以用于電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)的總功率可以達(dá)到5億千瓦??紤]大范圍內(nèi)可再生能源電站之間本身已經(jīng)具有的互補作用,則5億千瓦的功率具有相當(dāng)大的調(diào)節(jié)作用。綜上所述,雖然可再生能源具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點,但是如果充分利用這些資源在時空上和發(fā)電方式上的互補性并利用水電、生物質(zhì)發(fā)電和電動汽車充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用(即將各種資源有機“打包”在一起),那么即使不安裝大量的儲能系統(tǒng),也可以使電源變得比較平滑穩(wěn)定和可控,從而向用戶輸出滿足要求的電力。
    信息來源:國家電網(wǎng)公司 信息整理:www.coffeeupcyclellc.com


 

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