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行業新聞
多種電力資源組合“養育”未來電網
發布日期:2011-04-06 15:21:09
 

  能源結構的重大變革,將給未來電網帶來一系列重大挑戰。如何從改變電網的結構和運行模式等方面入手,解決未來電網發展中的關鍵技術問題,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”成為相對穩定和可控的資源。

  未來電網各種電力資源的互補性主要體現在以下幾個方面:

  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需求被利用起來。由于時差的原因,東西部地區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,可以通過調節水電站的發電功率和庫容量來實現對太陽能或風能的補償作用。例如,在24小時之內,可在風能和太陽能等充足的時候,適當減少水電功率并增加庫容量;而在太陽能和風能減少的時候,適當增加水電功率。生物質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能的電力,均可以啟動生物質能發電來予以補充。

  我國水電資源的理論儲量為6.88億千瓦,技術上可以開發利用的水電資源總量達到5.4億千瓦,經濟上可開發量達到4億千瓦(相當于2010年發電總裝機的40%),目前已開發的水電總裝機超過了2億千瓦,仍有很大的開發潛力。2010年,我國可以利用的各種生物質資源相當于3億噸標準煤。據估計,到2050年,可利用的生物質能將達到10億噸標準煤。按照年滿發5500小時計算的話,就可以發電約5億千瓦;如果只作為旋轉備用的話,可以安裝的生物質發電裝機將大大高于5億千瓦。據嚴陸光院士等研究報告的預測,到2050年,我國的總發電裝機將達到24億千瓦。即使2050年我國太陽能發電與風力發電的裝機分別達到5億千瓦和4億千瓦,水電和生物質能在時間上可以與太陽能和風能等形成很好的互補,實際上可以起到大容量儲能系統的作用。

  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,風能是最不穩定的能源。德國的有關研究表明:對單個風電場的24小時預測誤差達到15%,單個控制區(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。美國特拉華大學和紐約石溪大學最近發表了有關不同地點風力的研究數據,美國東部沿海跨度達2500公里的11個氣象站近5年的風力統計數據表明:盡管每一個觀測點的風力出現很大的不穩定性,但如果利用輸電線路將建立在這11個地點的風電場全部連起來作為一個統一的風電場,則很少會出現低功率或者滿發的情況。與單個風電場相比,11個風電場的總功率變化會顯得比較緩慢,而且永遠不會出現沒有風電的情況。由此可見,如果將大范圍內的風電場聯成一個統一的整體,其發電功率具有顯著的互補性。

  不同發電方式之間的互補性

  不同的可再生能源發電方式,其輸出響應特性也不盡相同,這在形式上也可以表現為互補性。例如,光伏發電功率受光強度的變化而實時變化;而對于太陽能熱發電來說,則由于熱力系統的慣性時間常數較大,其發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節換熱功率而調節其輸出功率,因為熱力系統可以儲存部分熱量。同樣,對于風力發電來說,不同類型風力發電機的啟動風速不盡相同。此外,不同高度下,單位面積的有效風功率也不同。因此,如果在同一風電場采用不同類型的風機并實施統一協調控制,則可以使整個風電場的功率輸出變得更加平滑一些。

  電動汽車充電系統的調節作用

  電動汽車的動力電池是未來電網中主要的負荷之一,事實上,這種負荷也同樣可以看成是電源資源。因為,我們可以在風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回饋部分電力,則充電系統可以起到平滑電網電源功率的作用。這里,我們認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可以根據電網的實際情況變化來充電。

  據估計,我國現有汽車保有量約8500萬輛,到2020年,我國汽車保有量將達到1.5億輛。如果按照2050年我國汽車保有量達到4億輛計算,其中一半是電動汽車(即2億輛)。假設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。由于太陽能和風能的年有效利用小時數約為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太陽能或風能的變化而調節充電速度,以平均充電功率為10千瓦計算(即大約從5千瓦~15千瓦范圍內調節),則5.5小時內可以充電約55度(相當于充滿一次可行駛約275公里)。由此可以看出,太陽能和風能的日平均有效利用小時數大致相當于一組電動汽車動力電池的平均充電時間,而每組充電系統可以響應太陽能與風能變化的功率可以達到10千瓦,即全國的電動汽車充電設施可以用于電網功率調節的總功率可以達到5億千瓦。考慮大范圍內可再生能源電站之間本身已經具有的互補作用,則5億千瓦的功率具有相當大的調節作用。

  綜上所述,雖然可再生能源具有間歇性和不穩定性的特點,但是如果充分利用這些資源在時空上和發電方式上的互補性并利用水電、生物質發電和電動汽車充電系統的調節作用(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,也可以使電源變得比較平滑穩定和可控,從而向用戶輸出滿足要求的電力。(肖立業,林良真)

    信息來源:《中國經濟導報》

 
 
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