能源转型中电力系统规划的关键技术分析

2022-01-13陆昊鹏王嘉昊

光源与照明 2021年4期

陆昊鹏，王嘉昊

贵州电网有限责任公司贵安供电局，贵州贵阳 550000

0 引言

电力领域的碳排放量在我国总排放量中的占比约为40%，为此，电力行业应当对新能源进行运用，探索电力系统规划的主要方向和关键技术，将高污染、高能耗的电力系统转变为清洁高效和低碳节能的电力系统，从电源侧、电网侧、负荷侧等方面进行研究，研发先进的电网系统规划技术。

1 基于能源转型的电力系统规划发展方向

（1）电网规划。鲁宗相等[1]提出了一种新的输电模型，即“储能-输电网”的电网系统模型，该模型能够对电网系统扩建成本进行控制，即对电网系统的储能功率和输电网进行调整，与过去比较单一的储能方式相比，该模型更加经济。王建树[2]根据鲁宗相提出的模型理论进行了研究，在单时段的角度进行计算，同时对多时段的输电情况进行分析，在保证电力系统能够安全稳定运行的前提下，计算电网系统的最高输电量，进一步加强电网系统输电线路的资源使用效率，在计算、比较和分析的过程中，优化了资源利用率的计算方式。

（2）可再生能源发展规划。田世明等[3]对能源转型带来的变化和清洁能源的利用进行了分析，在电力系统的转型和可再生能源的融合使用等方面提出了相应对策，值得参考。唐晓骏等[4]重点研究了能源的发电性能，在电网规划中提出了一种融合多方面内容的交直流混联模式，并通过实践证明了该模式的可行性。

（3）储能系统规划。陈先龙等[5]通过研究和实践，实现了减少电力系统运行成本的目标，在储能系统规划中共同构建了共享储能系统，可以对不同地区的能源系统进行计算和优化配置，在优化的过程中运用了纳什议价法，计算不同地区能源系统的实际数据，对储能系统中的参数进行调整。周思宇等[6]对储能系统的容量进行了研究，根据可再生能源的容量需求提出一种新的储能系统规划方法，在保证可再生能源容量的基础上，对电力网系统备用容量、调峰情况以及可再生能源的利用率进行计算和分析，得出储能系统在各个分区中的合理容量。

（4）负荷侧规划。王琦[7]对电力系统建设途径进行了讨论，提出了两种建设途径，一是以变电站为主的实体站，二是以能源综合服务站为主的虚拟站，对虚拟站规划建设的关键技术进行了研究。

2 能源转型背景下电力系统规划的关键技术

（1）储能技术。储能技术在发电系统、输电系统、辅助服务、可再生能源利用、终端用户管理中均发挥着重要的作用，其具体应用如表1所示。新能源电力系统一般会使用相变材料，相变储能技术可以利用相变材料吸收、储存和释放能量。相变储能中的能量具有非常高的密度，包含多种储能形式，如冰蓄冷的储能形式，通过蓄冷介质来控制电力系统中的能量，在高峰用电阶段使用冰蓄冷的储能方式能够缓解供电压力。电储热利用水和金属来储热和放热，在电力系统中运用电储热的储能方式能够提高输电效率。熔融盐储热能够改变无机盐的形态，利用热循环技术进行发电，需要注意熔融盐储热具有较高的传热性，还具有一定的腐蚀性。

表1 储能技术在智能电网中的应用

储能技术的种类较多，不同类型的储能技术在技术发展成熟度和应用环节上存在差异，如图1所示。其中，抽水储能技术的发展最为成熟，运用抽水储能技术时，需要在上游和下游区域分别建造水库，如果负荷较低，可以将下游的水输送到上游并将其存储在上游水库内。在负荷较高的情况下，可以利用上游存储的水进行发电，抽水储能的能量转换效率相对较高，一般可达到70%～75%。发电环节中的另一个储能技术是压缩空气储能，该技术发展相对成熟。压缩空气储能的能量转换率也比较高，可以维持在75%左右，常用于电能调峰以及电力系统备用中。此外，储能技术还包含蓄电池储能技术。由图1可知，各种蓄电池储能技术的发展中，化学电池储能技术发展相对成熟，该技术经常被用于太阳能光伏发电系统中，还可以用于风能发电系统。

图1 各种储能技术发展成熟度

（2）太阳能光伏发电技术。光伏发电技术有着不同的类型，从太阳能光伏发电的形式和结构上进行区分，主要包含3种光伏发电类型：一是比较常见的并网型；二是独立型；三是前两种发电类型的结合。在并网型光伏发电中，需准备一处面积较大的场地，把各处的电流和电压集中起来统一进行供电。在独立型的光伏发电中，通常会在建筑楼顶进行发电和供电，能够将多余的电能输送到电网系统中，增加电网系统的输电量。在两者结合的电网系统中，需要加强电压源的控制，在控制中实现快速切换。为了更好地控制电能质量，需要对滤波器装置进行改进，利用群控技术来调整系统中的谐波电流参数。使用光伏发电技术时需要注意光电效应、PID效应和光伏阵列，选择合适的电池组和逆变器，在光伏电站中利用SVC来调整电力系统的电压。

（3）风力发电技术。风能电力系统可以对储能技术进行利用，储能技术可以存储风能资源，为风能电力系统的稳定运行提供保障，在负荷较大的情况下同样可以满足电力系统的运行需求。风能资源最重要的应用是风力发电，风能发电技术主要是将风能转变成机械能，最后通过风力发电机进行发电，产生电能。风能发电技术在电力系统中的应用效果与风力发电机的型号和种类有较大关系。

从结构上看，风力发电机有两种结构形式，一是横轴结构的风力发电机，二是纵轴结构的风力发电机。从容量上看，叶片的长度和容量的大小正相关。从型号上看，主要可划分为特大型、大型、中性、小型。从功率控制上看，有3种模式的汽轮机，一是通过固定攻角进行控制，二是通过变化攻角进行控制，三是通过主动齿轮箱进行控制。从转速上看，包含恒速和变速。从风力发电的来源和形式上看，一是陆上风力发电机，二是海上风力发电机。对风能电力系统进行规划之前，必须对风力发电机进行选择，根据电力系统所在区域的实际用电需求来选择合适的容量和型号等。

为了保证风能电网系统的稳定性，需要严格控制变速情况，可以将模糊控制技术和并网技术相结合，通过控制叶片的转速来调整风力发电机的风速，提前判断风轮气动的情况，及时把风电场调整到并网状态中，风力发电机会进行无功功率吸收。在风电场中可以安装合适的补偿装置，如安装SVC调整电网系统的运行情况。因为并网状态会形成无功功率吸收，所以要在风能电力系统中运用被动式能源管理技术，以此来满足平衡无功和稳定电压的要求。

（4）地热能发电技术。地球内部的热量是一种可再生能源，可以利用地热能进行发电。电力系统虽然无法直接对地热能进行利用，但是可以对地球的热量进行转化，把热能转变成电能，将电能输送到电力系统中。地热能还可以在供暖系统中运用。地热能发电具有极强的实用性，其发电过程也相对简单。为了保证新能源电力系统有充足的电能，需要提高地热能发电技术水平，对地热能发电中的问题进行分析，不断优化地热能发电技术，利用地热能进行发电的同时需注意环保，促进电力行业持续稳定的发展。