智能電網(wǎng)及其在新能源發(fā)電中的應用分析

當前階段，化石能源過(guò)度消費導致常規能源短缺和環(huán)境問(wèn)題突出，世界上大部分國家都將風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源開(kāi)發(fā)利用作為應對能源安全和氣候變化雙重挑戰的重要手段。
“十三五”時(shí)期是落實(shí)提出的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源發(fā)展戰略的關(guān)鍵時(shí)期，新能源的開(kāi)發(fā)和利用刻不容緩。但是，新能源的推廣和應用必然會(huì )對電網(wǎng)帶來(lái)一定的影響，因為風(fēng)能、太陽(yáng)能等的綠色能源通常具有一定的隨機性和間歇性，這使得電網(wǎng)運行控制的難度出現了大幅度的提高，同時(shí)也影響到電網(wǎng)運行的安全穩定。在這樣的情況下，必須構建智能電網(wǎng)，為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎。
一、智能電網(wǎng)概述
（一）智能電網(wǎng)的由來(lái)
自第二次工業(yè)革命以來(lái)，電力就成為人們生產(chǎn)生活中*的重要能源，且隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對電力能源的依賴(lài)程度也在不斷增加。當前階段，對于任何一個(gè)國家而言，電力工業(yè)都是其能源產(chǎn)業(yè)的核心，然而人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展大量消耗自然資源，導致化石能源無(wú)法支撐人類(lèi)進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也對環(huán)境帶來(lái)了巨大的威脅。在這樣的情況下，電力系統節能減排受到了人們的廣泛關(guān)注。同時(shí)，個(gè)行業(yè)對供電可靠性及電能質(zhì)量要求的日益提高也對電網(wǎng)建設提出了更高的要求。另一方面，電網(wǎng)改造升級也是保障社會(huì )經(jīng)濟與科技健康持續發(fā)展的基礎?；诖?，人們提出了對下一代電力系統的展望，即智能電網(wǎng)。
智能電網(wǎng)并不是一個(gè)單獨的設備、應用、系統或是網(wǎng)絡(luò )，關(guān)于智能電網(wǎng)的定義，學(xué)術(shù)界還未達成統一。其中美國能源部和電力公司普遍認為智能電網(wǎng)利用通信技術(shù)和信息技術(shù)對從供應者到消費者的電力傳輸和配電過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。在我國，有的學(xué)者認為智能電網(wǎng)是一種高度自動(dòng)化且廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò )，主要涉及到了信息和電力的流動(dòng)傳輸，能夠實(shí)現對發(fā)電廠(chǎng)到用戶(hù)電器之間所有元件的監控。而根據國家電網(wǎng)公司的定義，智能電網(wǎng)則是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的網(wǎng)架為基礎，基于通信平臺涵蓋所有發(fā)電環(huán)節和電壓等級的現代電網(wǎng)。
（二）智能電網(wǎng)的特點(diǎn)分析
其一，堅強、智能。堅強指的是智能電網(wǎng)的安全穩定性很高，擁有高強的風(fēng)險抵御能力。智能指的是電網(wǎng)自動(dòng)化水平較高，且能夠自我修復。
其二，自愈。智能電網(wǎng)能夠對自身運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測評估，有針對性的采取的防控措施，有效消除電網(wǎng)存在的安全隱患。即使發(fā)生故障，智能電網(wǎng)也能夠自動(dòng)進(jìn)行故障隔離和自我恢復。
其三，互動(dòng)。智能電網(wǎng)可以為供電商和消費者之間的信息聯(lián)系提供支持，供電商可以將電價(jià)、停電信息等在內的服務(wù)信息傳遞給用戶(hù)，另一方面，用戶(hù)也可以將自己的用電計劃反饋到供電商處，這樣就可以實(shí)現供需關(guān)系的平衡，為電網(wǎng)的穩定運行創(chuàng )造良好條件。
其四，電能供應?，F階段，廣大用戶(hù)對供用電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而智能電網(wǎng)則可以根據用戶(hù)的實(shí)際需求為其提供相應的供電方案，同時(shí)還能夠實(shí)現對電能質(zhì)量問(wèn)題的快速診斷和解決，促進(jìn)電能質(zhì)量的提高。
其五，對于各類(lèi)發(fā)電和儲能系統具有良好的兼容性。智能電網(wǎng)可以兼容大規模集中式的電廠(chǎng)以及不斷增多的分布式能源。
其六，活躍市場(chǎng)。智能電網(wǎng)加強了供電企業(yè)和電力用戶(hù)之間的聯(lián)系溝通，通過(guò)雙方的有效互動(dòng)使得廣大用戶(hù)能夠參與到電力市場(chǎng)中，共同推動(dòng)電力市場(chǎng)的發(fā)展。
二、智能電網(wǎng)與新能源發(fā)電二者之間的相互關(guān)系
（一）新能源開(kāi)發(fā)推廣是智能電網(wǎng)建設的驅動(dòng)力
近些年來(lái)，能源危機已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì )發(fā)展面臨的重要問(wèn)題，同時(shí)化石能源的大量消耗也造成了嚴重的環(huán)境污染。在這樣的時(shí)代背景下，積極發(fā)展新能源是可持續發(fā)展的必然趨勢。智能電網(wǎng)作為未來(lái)社會(huì )能源基礎設施，必須順應歷史發(fā)展的要求?；诖?，想要實(shí)現新能源發(fā)電，必須構建、安全、堅強、可靠的智能電網(wǎng)，換而言之，智能電網(wǎng)的發(fā)展必須和新能源發(fā)展相適應。
（二）智能電網(wǎng)構建是新能源革命的基礎
風(fēng)能、光能等新能源發(fā)電都具有隨機性和間歇性，傳統電網(wǎng)根本無(wú)法適應新能源發(fā)現這種模式，只有構建智能電網(wǎng)才能使新能源發(fā)電成為可能。一方面，智能電網(wǎng)可以對間歇性新能源發(fā)電的峰和谷做出即時(shí)反應。在智能電網(wǎng)中，通信系統和自動(dòng)控制系統可以將所有元件連接在一起，對不同地區的供電進(jìn)行平衡。通過(guò)接通當地分布式發(fā)電和其它發(fā)電資源網(wǎng)絡(luò )的方式根據間歇性新能源發(fā)電的峰和谷作出適應性調整。另一方面，智能電網(wǎng)可以充分發(fā)揮出新能源發(fā)電的效能，智能電網(wǎng)的構建加強了供電企業(yè)和用戶(hù)之間的聯(lián)系，用戶(hù)可以自行選擇不同價(jià)格的電力，這樣一來(lái)，在間歇性新能源發(fā)電的低谷期，就可以通過(guò)提高電價(jià)的方式降低電力需求，并在電力供應充足時(shí)回調，這樣就可以保障系統平穩運行的基礎上推廣新能源。
三、智能電網(wǎng)在新能源發(fā)電中的具體應用分析
（一）利用智能電網(wǎng)提高新能源發(fā)電的穩定性
電力生產(chǎn)是一個(gè)連續不間斷的過(guò)程，發(fā)電和負荷及損耗之間必須保持基本平衡。但是電力用戶(hù)的用電需求具有較強的波動(dòng)性，這就需要采取一定的措施來(lái)維持這種平衡。在新能源發(fā)電受資源約束背景下，氣候和天氣因素的影響十分顯著(zhù)，因此出力的控制難度較高。在這樣的情況下，可以采用備用儲能裝置，一方面實(shí)現對新能源發(fā)電自身出力進(jìn)行有效控制，利用儲能元件對機組的出力曲線(xiàn)進(jìn)行調整，的減少出力變化對電網(wǎng)運行的負面影響。另一方面，在電力充沛的情況下，可以對多余的電能進(jìn)行儲備，以更好的應付負荷高峰期?，F階段廣泛應用的儲能裝置，根據轉化能源類(lèi)型的不同，可以分為機械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能等幾種類(lèi)型。
例如，國家風(fēng)電儲輸一期示范工程，就是我國個(gè)集風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電、儲能和智能輸電“四位一體”的新能源綜合利用功能。依托儲能技術(shù)（磷酸鐵鋰電池儲能系統、全釩液流電池儲能系統），通過(guò)對電站削峰、調谷，解決了新能源電站并網(wǎng)的技術(shù)難題。
（二）利用智能電網(wǎng)提高新能源發(fā)電的經(jīng)濟性
通過(guò)我國新能源分布以及負荷需求狀況比對分析來(lái)看，二者呈現出逆向分布的特征，因此需要通過(guò)遠距離輸電將新能源發(fā)電電能輸送到負荷需求區，在此過(guò)程中產(chǎn)生的損耗不容小覷。對此，可以結合間歇性新能源出力具有的隨機性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，有針對性的制定相應的輸電規劃，在保障電力系統安全運行的基礎上，科學(xué)設置供電距離和接入電壓等級，將相似電源特性的電站“打捆”后集中外送，能夠提高經(jīng)濟性能。此外還需注意的是，要對不同種類(lèi)新能源以及新能源和常規能源的配比進(jìn)行合理的設置，同時(shí)對大規模新能源的送端電源結構和布局進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以降低間歇性新能源的出力波動(dòng)，提高傳輸通道的利用率。
（三）利用智能電網(wǎng)提高新能源發(fā)電調度的準確性
先，智能電網(wǎng)可以對大規模新能源發(fā)電功率進(jìn)行較為準確的預測，這可以為電力生產(chǎn)和消耗的動(dòng)態(tài)平衡提供依據，保障電力系統的安全穩定運行。部分新能源，如風(fēng)力、太陽(yáng)能等，在發(fā)電的過(guò)程中，其輸出功率往往具有較強的波動(dòng)性，將其和常規能源發(fā)電并網(wǎng)之后，將會(huì )對電力系統的生產(chǎn)和運行產(chǎn)生較大的影響，為了的降低這種波動(dòng)帶點(diǎn)來(lái)的影響，就需要引入大規模新能源發(fā)電功率預測技術(shù)，提高電網(wǎng)運行的可靠性，推動(dòng)新能源發(fā)電的普及。
其次，虛擬發(fā)電廠(chǎng)。虛擬發(fā)電廠(chǎng)即是指一系列分布式發(fā)電和可控負荷的集合，該集合由一個(gè)中央控制中心統一調控。在這種統一調控模式下，交易中心和調度中心不需要分別采集每個(gè)分布式發(fā)電資源的信息，通過(guò)對虛擬發(fā)電廠(chǎng)中央控制中心的調控就可以實(shí)現對各個(gè)分布式發(fā)電資源的調控。由此可見(jiàn)，這種虛擬發(fā)電廠(chǎng)實(shí)現了對分布式發(fā)電資源的整合，大幅度提升了對風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電的控制力度，為電力系統的穩定運行作出了巨大貢獻。另一方面，對于擁有分布式發(fā)電的用戶(hù)而言，可以結合自身需求合理選擇虛擬發(fā)電機供電，自身收益也可以得到保障。
結語(yǔ)
綜上所述，我國將全面推進(jìn)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的開(kāi)發(fā)和利用，實(shí)現可再生能源結構性占比再提升。但是，要推動(dòng)新能源發(fā)電，必須構建智能電網(wǎng)，的消除間歇性出力產(chǎn)生的不良影響，保障電力系統的安全穩定運行，為廣大電力用戶(hù)提供更加人性化的供電服務(wù)。