电网革命:从AC模式返回DC模式

时间:2019-02-11 10:12:16 来源:曲水农业网 作者:匿名



电网向直流运行模式的革命性转变将催生出大量的战略性新兴产业。

追溯历史,最初的传输方法是直流传输。由于直流电源不能直接提升,人类发明了三相交流发电机和变压器。从那时起,交流传输一般取代了直流传输,并建立了交流传输的主要位置,从而形成了当今常用的交流电网。

交流电网的安全性和稳定性是电源,输配电网络和负载整体特性的体现。随着电力系统的迅速发展,交流电网的安全性和稳定性日益凸显。

用新能源取代传统能源是必然趋势

为了解决上述问题,直流传输得到了重新强调和迅速发展。但总的来说,交流电网仍将长期占据主导地位。

近年来,人们开始意识到,开发基于可再生能源而非传统能源的新能源是不可避免的趋势。由于可再生能源的主要利用模式是发电,这些发电系统由于其资源特性和发电模式而与传统的发电系统非常不同,这给电网带来了革命性的挑战,主要在以下方面。

由于可再生能源的主要用途是发电,未来电网的规模将呈指数级增长。如果AC模式仍然是主导因素,电网的不可预测性和安全稳定性将变得更加突出。

由于可再生能源的特点是间歇性和不稳定性,其发电模式(特别是太阳能光伏发电和风力发电)与传统发电模式根本不同,从而为交流电网带来安全可靠的运行。一个重大挑战。

由于可再生能源的分散性,负载侧近端的分布式发电也将是一个重要途径;也就是说,未来的电力用户也将成为电力供应商,分布式发电的用途是什么?电网的运行模式和电网的电网运行也将是未来电网的重要问题。

随着可再生能源逐渐取代化石能源,目前基于化石能源的能源消耗系统将使用电力(例如,电动汽车将使用电池),这使得未来电网的负荷组成和负荷特性与当前电网非常不同。很大的区别。研究分析表明,从改变电网运行方式入手,即从基于通信模式向基于直流模式的转变,可为未来电网面临的问题提供最合理的解决方案。 。原因如下。

从传输网络的角度来看,直流输电网络不具备交流输电网络固有的稳定性问题,当输出相同功率时,直流输电线路成本低;此外,直流传输还具有网络损耗小,通信干扰小等诸多优点。 。因此,采用直流输电网模型是建设大规模可再生能源电网的最合理选择。

从配电网的角度来看,未来配电网对直流电的需求将占相当大的比例,如电动汽车,半导体照明,以及大量信息设备(如计算机和微处理器,通信)等。系统设备,智能终端,传感器和传感器网络等都需要直流电源;但是,如果使用直流电源,电网中最重要的负载电机不仅可以降低电机驱动系统的成本,而且还提高了电机驱动系统的整体效率。

在分布式电网中,太阳能光伏发电将获得最常见的应用,而光伏发电则是直流电。同时,分布式电网中的能量存储系统也需要DC操作模式。近来,国际直流输配电技术发展迅速,取得了可喜的进展。因此,构建具有基于DC的操作模式的网格不仅合理,而且在技术上也是可行的。

未来发展到直流运行模式

正因为如此,我们认为未来的输配电网络和分布式电网将逐步向基于直流的运行模式发展。

目前,欧洲超级智能电网概念(2050)和美国Grid2030概念都提出了以直流输电网为骨干的网络结构和传输方式;美国电力学会(EPRI)提出了宏观网格的概念。基本思路是利用直流环形电网解决资源综合利用问题,提高电源安全可靠性。

欧洲计划到2020年将北海地区的海上风电场通过直流电网连接到电网。美国计划在大西洋沿岸提供海上风电场,在2020年左右通过直流电网为用户提供清洁能源。欧洲,美国和日本等发达国家和地区已开始制定标准,并建立直流配电网建设示范项目。自2009年初以来,中国科学院电工研究所对中国未来直流电网建设的合理性,网络架构,广域可再生能源和超导直流电源的互补利用模式进行了研究。传输技术,在中国科学院的支持下。对分布式直流智能电网技术研究和工程示范规划进行了研究,取得了积极进展。

未来电网向直流运行模式的革命性转变将带来大量的技术创新机会和大量的战略性新兴产业。因此,有必要从国家战略层面予以关注。由于中国地域广阔,可再生能源资源丰富,不同地区能源资源不同,能源资源和负荷资源的时空分布不匹配,有必要根据实际情况发展和适应中国未来的能源系统。 。直流电网。针对中国的具体情况,提出了以下建议。

全面系统地把握未来能源资源和负荷资源的时空分布,进一步系统评价中国可利用的能源资源,全面系统地把握资源的时空分布,加强未来负荷发展的发展。负载的空间和时间分布。预测研究。

基于以上研究,对中国从现代交流电网向未来直流电网演进的全过程进行了系统评估和预测。在此基础上,加强电网发展的总体规划和设计研究,制定项目实施路线图。

加强关键技术创新,为未来直流电网的发展奠定坚实的基础。特别要注意直流输配电技术和设备,新型电力电子器件和设备,超导直流输电技术,分布式直流电网技术,直流电网高性能功率传感器,实时建模和仿真。大型直流电网和高性能。计算,高性能电动汽车动力电池和分布式储能技术的研发和应用示范。

加强对体制机制的创新研究。新能源革命和未来电网运行模式的转变也意味着电力工业体系的转型。为了适应这种变化,需要对管理模式,运营模式和利益机制进行改革。 (作者是中国科学院电工研究所所长)

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