低碳化智能配电网规划研究与展望

低碳化智能配电网规划研究与展望

齐斐

国网冀北电力有限公司唐山供电公司，河北省 唐山市  063000

摘要：为了应对日益严峻的能源形势和气候变化,削减全球碳排放已经成为世界各国的普遍共识.在碳中和重要发展目标及能源结构转型的驱动下,电能的清洁化替代趋势将愈加显著,配电系统在促进新能源消纳和用户碳减排等方面发挥重要作用的同时,也将面临新的挑战.围绕碳排放约束下的智能配电网规划问题,首先分析了低碳化智能配电网的发展特征,然后从新要素、新路径和新形态等多方面阐述了与传统配电网规划思路的区别,为此提出了"碳中和区"的概念,并提出低碳微生态配置方案和碳中和能力评估方法.进而,探讨了多尺度时空动态演化下智能配电网规划的若干关键问题.最后,针对碳排放约束影响下智能配电网规划的未来研究方向和应用场景进行了展望.

    关键词：碳中和；智能配电网；规划；低碳微生态；动态演化

1智能电网下电网低碳发展面临的新形势

(1)以节能减排、提高能源效率为主题的低碳经济已成为主流

发展低碳经济成为实现全球减排目标、促进经济复苏和可持续发展的重要途径,主要发达国家凭借低碳领域的技术和制度创新优势,加紧实施低碳经济发展战略,构筑世界新一轮产业和技术竞争新格局。

(2)发电市场将面临大比例风电等间歇性电源接入

在低碳经济模式下,分布式电源、可再生能源将得到蓬勃发展。分布式能源多分布在负荷中心,其蓬勃发展将有利于实现电力供应本地化,缓解电网传输压力。对于可再生能源而言,大规模的并网将对电网结构的规划与适应度带来新的挑战;其次,可再生能源,尤其是风能和太阳能,多分布在偏远地区,需要架设专线以实现这部分电源的利用。

(3)低碳经济下节能减排的新要求

传统输配电网巨大的输电损耗已不符合当前节能减排新要求,各国家的输配电损失率基本在5%~10%,直接导致输电损失巨大。以美国为例,每年的输电损失接近200亿美元,估计全球每年在输电网络中损失达数千亿美元,研发高效节能输电新技术已迫在眉睫。

2 我国电网走向低碳时代的发展路径

结合我国清洁能源的发展现状,本文分别从清洁能源接入比例、智能优化调度、电网管理与技术研发以及需求侧管理等角度剖析了低碳经济下电力企业的主要工作方向,在此基础上形成了我国电网侧低碳化发展路径框架。

(1)加大清洁能源接入比例,促进电源结构低碳化

在主要化石能源煤炭、石油和天然气中,煤的含碳量最高。我国水能、风能和太阳能等可再生能源主要用于发电,但分布集中且远离负荷中心.截止2009年底,我国水电、核电装机容量占总装机容量的 236,而风电、太阳能发电装机容量仅占总装机容量的2%左右。我国的清洁能源接入比例远小于发达国家,“三北”地区在冬季风电上网和市场消纳难度增大。建设坚强智能电网,实现多种清洁能源发电并网接入,推动大水电、大核电和大型可再生能源基地建设,在提高电网统一性和可靠性的同时优化电源装机结构,促进电力供应结构多元化发展,从而加速可再生能源发电的利用,减少化石能源消耗,提高能源体系中的低碳能源比重,实现真正意义上的低碳电力系统。

    (2)实施智能优化调度,推行节能发电调度

传统的电力调度一般采用经济调度原则，即以整个系统的发电、运营成本最低实施调度。在低碳经济中,电力系统的调度方式应在充分分析发电、输电、配电和用电等各环节的能源消耗与减排潜力前提下,打破传统调度模式,优先安排可再生、节能、高效、低污染的机组发电,限制高耗能、污染大、违反国家政策和有关规定的机组发电。节能发电调度以单位能耗和污染物排放为核心,以确保电力系统安全稳定运行和连续供电为前提,以节能、环保为目标通过对各类发电机组按能耗和污染物排放水平排序,实施优化调度。2009年7月,我国首个节能发电调度信息发布系统建成投运,表明相关部门正在逐步完善相关配套措施,为大范围地推广实施节能发电调度做准备。我国电网企业应借着智能电网建设的大环境,重点发展智能优化调度技术,大力推广应用节能发电调度、流域与跨流域梯级水电优化调度、全网经济调度等智能调度技术,进一步促进发电侧节能减排。

(3)深化电网管理,研发可再生能源并网新技术

在电网日常管理方面，优化各电压等级电网结构,缩短供电半径,推进高电压等级向负荷中心延伸,减少迁回供电和父义供E内不公发生主的能源消费格局在相当长一段时间内不会发生变化。发电结构中燃煤发电量占80/%左右,降低煤电排放是发展低碳经济的当务之急。在可再生能源发电方面,首先,积极研发并网

新技术,解决风电、光伏等能源接入电网和辄电于技术瓶颈;并对大型风电场及分布式电源接入系统规划、运行与控制关键技术,以及大规模光伏电

站与电网相互影响进行研究。其次,连好方北工程,如国家风光储输示范工程关键技术研究。最后,综合规划电网建设和大规模可再生能源电站建设。

(4)完善需求侧管理,提高用户侧消纳低碳电力水平

需求侧管理涉及节能灯、高效变压器、节能调速系统、蓄能设备、高效电动机、局双家孩自口种移峰填谷项目等。完善需求侧管理,提高用户侧消纳低碳电力水平。一方面,设计技术手段丰富、适应智能电网下低碳社会发展需求的负荷侧管理体系,通过技术、经济等手段引导终端用户建立科学的用电行为模式。另一方面,供电企业要逐步建设智能用电系统和营销技术支持平台,通过与用户的友好互动,为客户提供可靠、优质的用电服务和能效管理策略,实现电网设备利用效率与用户能源使用效率的有效提高。

3我国电网侧低碳化发展的保障措施

低碳理念的引入对于电力企业的影响是广泛而深刻的。在此重点从建立电网低碳产业发展技术序列、智能电网建设、线损管理、输电技术研发等4个角度提出我国电网低碳化发展的保障措施(参见图 1),完善我国电网侧的节能减排工作。

(1)建立清晰的电网低碳产业发展技术序列目前,我国在低碳技术选择上缺乏系统、科学的评估和规划,要实现低碳发展,就应该先确立国家清洁能源战略和技术路线图。应该从众多的低碳技术中选择符合国情和发展需求的关键技术,尽快制定低碳技术重点发展战略规划,列入“十二五”科技发展计划及相关产业技术创新计划。设立低碳技术国家重大科技专项,建立多种形式低碳技术产学研联盟,大力培育和发展低碳经济产业。总之.建立一套切实可行并具有可持续发展能力的低碳技术规范,将对我国的电网低碳产业体系形成和发展起到很好的保障作用。

(2)加快智能电网建设

低碳经济发展对电网提出了更高的要求。除了节能与电网直接相关,中国清洁能源资源的分布使得并网和长距离输送成为这些低碳能源发展的障碍。智能电网的建设,一是提升电网适应不同类型清洁能源发展的能力,促进清洁能源开发和消纳;二是智能电网能够引领能源消费理论和方式的转变,使电能在用户侧得到更加高效合理的利用,从而适应低碳经济的发展要求;三是电网智能化建设可以推动蓄能电池充电技术的发展,促进和加速低耗节能设备、电动汽车等智能设备大规模应用,有效改变终端用户用能方式,提高电能在终端能源消耗中的比重,减少化石燃料的使用,降低能耗并减少排放。

(3)加强电网线损管理

降低线损,是电网侧节能减排实现低碳发展的最直接方法,是提高电网企业经济效益的重要管理措施之一。加强电网线损管理,具体可从以下两个方面入手:

1)技术降损管理改善网络中的功率分布,采取改变系统运行方式,调整运行参数和负荷率等措施使网络的功率分布接近经济分布,使网络运行更经济,功率损耗为最小;加强设备和电网改造,提高输电效率,合理进行无功补偿,提高功率因数。

2)完善电网企业线损管理体系供电企业应常开展营业普查,严防窃电,规范营业秩序;搞好线损统计,分析线损存在的问题;深化线损分压管理、分层考核的阶段性工作安排;加强计量装置改造工作,积极开展管理降损工作。

(4)高效节能输电技术

传统上,电网建设的扩展是指电力基础设施的建设;而提高网络本身的输电空间或潜力也是一种电网建设的扩展,因为二者目的都是提高网络的输电容量。尤其在城市或者电网建设已经趋于饱和的区域,挖掘现有电网的潜力较前者更为经济可行。所以,研究利用各种高效节能输电新技术来均衡电网的潮流和提高输电线路的输送容量,从而提高输电网的输送能力是十分必要的。当前我国研究成熟且部分推广的节能高效输电技术有柔性输电技术、紧凑型输电技术及耐热导线输电技术等。此外,特高压输电技术可以大大提高远距离、大容量输电的效率,减少输电损耗和输电成本,实现高效节能输电。

4结语

基于智能电网建设背景,本文从电网的角度对实现低碳电力的路径进行了深入的剖析。我国风电、核电和太阳能等低碳能源发电前景很好,具有巨大的发展空间。发展低碳经济,是我国走向可持续发展道路的必然选择。电网是连接发电侧和用电侧的枢纽,但其高效的输配电技术与低碳电力调度本身已具有低碳效益。因此,研究电网侧低碳路径对我国的电力企业（尤其是电网企业)发展具有现实意义和战略意义。

参考文献：

[1]张峰. 城市主动配电网"源-网-荷"协同优化调度模式研究[J]. 科技展望, 2016, 026(034):18.

[2]张惠芳, 李金海. 智能配电网供电模式与优化规划研究展望[J]. 工业, 2015, 000(024):P.13-13.

[3]李鹏, 王瑞, 冀浩然,等. 低碳化智能配电网规划研究与展望[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(24):12.