東京電力公司工程部總經(jīng)理財滿英一：智能電網(wǎng)建設(shè)的最終目的是帶來更大的社會效益
在日本，智能電網(wǎng)所實現(xiàn)的目標(biāo)有四項，一是接入更多的可再生能源；二是使用戶實現(xiàn)智能用電；三是讓電網(wǎng)更加穩(wěn)定；四是推進(jìn)智能城市發(fā)展。智能電網(wǎng)建設(shè)的最終目的是帶來更大的社會效益。
那么，日本為什么發(fā)展智能電網(wǎng)？原因有三，一是能夠接納可再生能源，二是使電力得到智能化的應(yīng)用，三是提高電網(wǎng)安全性。
為了更加順應(yīng)智能電網(wǎng)需求，日本改進(jìn)了電力設(shè)施，使得大規(guī)?？稍偕茉吹玫綉?yīng)用，目前，日本電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)5吉瓦風(fēng)電和10吉瓦太陽能發(fā)電并網(wǎng)，地?zé)岬确植际侥茉窗l(fā)電也有不同程度的并網(wǎng)。在客戶端，智能電表也方便用戶使用可再生能源。目前，橫濱的智能城市項目是東京電力公司諸多智能電網(wǎng)項目中最大的一個。
太陽能和風(fēng)能具有間歇性和不穩(wěn)定性，受天氣和時間影響較大。大規(guī)模可再生能源接入后，電網(wǎng)的穩(wěn)定性如何保證？
在風(fēng)電并網(wǎng)方面，日本的風(fēng)電并網(wǎng)控制由電力公司中央調(diào)度中心完成，輸配電則采取智能方式。但由于日本的電力公司區(qū)域性比較明顯，雖然一些地區(qū)非常適合發(fā)展風(fēng)電，但區(qū)域狹小，仍然需要幾家電力公司共同合作，以實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)能并網(wǎng)。
在太陽能并網(wǎng)方面，日本政府制定了光伏的發(fā)展目標(biāo)，預(yù)計2020年太陽能利用是現(xiàn)在的20倍。這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，相信智能電網(wǎng)能夠很好地完成這一目標(biāo)。
在電動汽車方面，充電裝置的應(yīng)用是一大挑戰(zhàn)。目前，東京電力公司開發(fā)的充電裝置，充電5分鐘可以行使40公里。由于使用快速充電和普通充電的電壓不同，對電網(wǎng)的沖擊程度也不同，因此，如何減少充電對電網(wǎng)的沖擊，確保電網(wǎng)安全性還需深入研究。東京電力公司已經(jīng)具備180兆瓦的電池儲備能力，能夠改進(jìn)電能質(zhì)量，穩(wěn)定電源和電壓。
目前，東京電力公司正在為智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展做出努力。比如，現(xiàn)在正在做的客戶電力使用可視化改進(jìn)。這項技術(shù)推廣后，不僅客戶每小時都可以監(jiān)控電能的使用情況，而且能幫助電力公司提高電力使用效率，節(jié)省用電。
此外，配電自動化系統(tǒng)在東京也已經(jīng)得到應(yīng)用，它可以很好地控制電壓電流，精確地控制電源質(zhì)量，鎖定故障地點，有效利用可再生能源。中國電科院新能源所所長王偉勝：利用預(yù)測手段增加風(fēng)電利用率
過去5年，中國風(fēng)電裝機(jī)增長很快，幾乎每年都在以106%的速度增長。去年，我國風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到40萬千瓦。在中國北部的一些省份，因政府不斷出臺鼓勵政策，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，風(fēng)電裝機(jī)已占到總裝機(jī)容量的10%~20%。
目前，我國87%的風(fēng)電場集中在東北、華北和西北，目前已經(jīng)規(guī)劃建設(shè)在全國7個省區(qū)打造8個千萬千瓦級風(fēng)電基地。據(jù)統(tǒng)計，目前國際上有350多個風(fēng)電場，其中127個已經(jīng)超過100兆瓦的發(fā)電能力。
我國風(fēng)電發(fā)展雖然很快，但在最初規(guī)劃時，卻沒有全面考慮電網(wǎng)情況及環(huán)境因素。這就給電網(wǎng)帶來很多挑戰(zhàn)。從空間角度講，風(fēng)電的特點是波動性強(qiáng)，平滑效應(yīng)明顯，導(dǎo)致利用率較低。
風(fēng)電的上述特點給電網(wǎng)帶來三大挑戰(zhàn)。
一是長距離輸電。我國大部分風(fēng)電場位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，而偏遠(yuǎn)地區(qū)負(fù)荷比較低，所以必須向外輸送至負(fù)荷較高的沿海地區(qū)。目前，中國一些10萬千瓦的風(fēng)電場如何外送成為問題。
二是大型風(fēng)電場風(fēng)電并網(wǎng)。目前，煤電的發(fā)電比例在中國占70%以上，但煤電比較穩(wěn)定，而風(fēng)電是隨機(jī)和波動的，風(fēng)電并網(wǎng)后，負(fù)荷峰谷差會減小。如果沒有足夠的電力進(jìn)行負(fù)荷跟蹤，風(fēng)能增加之后，輸送損失就會增加。尤其是大型風(fēng)電場，電網(wǎng)公司很難控制其電壓，再加上大部分風(fēng)機(jī)目前沒有低電壓穿越能力，風(fēng)機(jī)很容易脫網(wǎng)。今年，我國已經(jīng)出現(xiàn)數(shù)次大規(guī)模風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事故，對電網(wǎng)傷害很大。
三是標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)作。我國的風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)比較落后，需要在風(fēng)電預(yù)測、風(fēng)電調(diào)度上加以完善。風(fēng)電預(yù)測包括很多要素，比如風(fēng)電場地勢分析，風(fēng)電場歷史風(fēng)力分析等等。風(fēng)電預(yù)測很重要，電網(wǎng)可以基于預(yù)測控制發(fā)電量，還可以更好地保護(hù)風(fēng)機(jī)。
目前，已經(jīng)有一些風(fēng)電預(yù)測系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度上得到應(yīng)用。如果預(yù)測能力增強(qiáng)，風(fēng)電的利用率也會相應(yīng)提高。我們應(yīng)建立風(fēng)能預(yù)測系統(tǒng)，用預(yù)測的結(jié)果來引導(dǎo)發(fā)電安排，增加電力系統(tǒng)靈活接納風(fēng)電的能力，增加風(fēng)電的利用率。
◎媒體聲音
在低碳時代里，以風(fēng)能、太陽能等新興能源為主的分布式能源的應(yīng)用吸引了人們的眼球，其電網(wǎng)接入是核心問題，這需要智能電網(wǎng)來解決，我希望在此次大會上找到答案。——科技日報經(jīng)濟(jì)社會部主任 翟劍
我個人一直很關(guān)注新能源的并網(wǎng)問題，風(fēng)電并網(wǎng)是世界范圍的難題，也是值得長期關(guān)注的新聞話題。今天上午的大會內(nèi)容，我感覺收獲很大。——財經(jīng)國家周刊記者 劉麗麗
◎案例
新能源發(fā)電并網(wǎng)的樣本河北省張家口市張北縣大河鄉(xiāng)地處海拔1563米的塞外高原，這里曾是鐵馬冰河、狼煙四起的古戰(zhàn)場，這里更是張庫大道的重要口岸，駝鈴叮當(dāng)、古道蒼涼，曾經(jīng)的輝煌仍然依稀可見。
而如今，這里已經(jīng)成為國家風(fēng)光儲輸示范工程、國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)首批試點工程基地。
意義：打破大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)瓶頸
國家風(fēng)光儲輸示范工程是我國首個重點“金太陽示范工程”、國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)首批試點工程、河北省重點產(chǎn)業(yè)支撐項目，更是世界首個大規(guī)模的風(fēng)光儲輸工程。被冠以如此多的頭銜，示范工程究竟有著怎樣的背景和意義？工程建成后能解決多少人得用電問題？事實上，示范工程所提供的不僅僅是可以計數(shù)的電量，更是未來將更多風(fēng)能、太陽能等新能源友好接入電網(wǎng)的可能，甚至是未來全人類更加有效地開發(fā)利用新能源，與自然和諧共處的可能。
風(fēng)光儲輸示范工程立足自主研發(fā)、科技創(chuàng)新，通過風(fēng)光互補(bǔ)改善輸出功率波動，配合儲能系統(tǒng)進(jìn)一步實現(xiàn)出力平滑，最終通過聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制系統(tǒng)對風(fēng)電場、光伏電站、儲能系統(tǒng)進(jìn)行全景檢測、智能優(yōu)化，并實現(xiàn)風(fēng)光儲系統(tǒng)運(yùn)行方式自動組態(tài)和平滑切換，使電源和電網(wǎng)之間形成良好互動，打破大規(guī)模新能源并網(wǎng)瓶頸。
范例：世界首個風(fēng)光儲輸示范工程
示范工程規(guī)劃總?cè)萘繛椋猴L(fēng)力發(fā)電50萬千瓦，光伏發(fā)電10萬千瓦，儲能系統(tǒng)11萬千瓦。一期工程建設(shè)風(fēng)力發(fā)電10萬千瓦、光伏發(fā)電4萬千瓦和儲能系統(tǒng)2萬千瓦，總占地面積2568畝。
一期工程建設(shè)小東梁和孟家梁兩處風(fēng)電場。小東梁風(fēng)電場作為示范區(qū)，占地262畝,采用24臺許繼風(fēng)電生產(chǎn)的單機(jī)容量為2.0兆瓦的雙饋變速型風(fēng)電機(jī)組。孟家梁風(fēng)電場為試驗區(qū)，占地263畝,以17臺金風(fēng)科技生產(chǎn)的2.5兆瓦永磁直驅(qū)型風(fēng)機(jī)、2臺兆瓦級垂直軸風(fēng)機(jī)和一臺正在招標(biāo)中的大容量風(fēng)機(jī)集中展示國內(nèi)外代表不同技術(shù)路線的大容量風(fēng)電機(jī)組。
技術(shù)：處處體現(xiàn)先進(jìn)性、創(chuàng)新性
作為世界性的創(chuàng)新之舉，示范工程在風(fēng)、光、儲、輸各個組成部分的細(xì)節(jié)之處也都體現(xiàn)著其先進(jìn)性、創(chuàng)新性。在風(fēng)力發(fā)電方面，除了使用已較為成熟的2兆瓦風(fēng)機(jī)外，在作為試驗區(qū)的孟家梁風(fēng)電場還將安裝2.5兆瓦永磁直驅(qū)型風(fēng)機(jī)、1兆瓦垂直軸風(fēng)機(jī)，選用一臺國內(nèi)最大容量的陸上風(fēng)機(jī)。
光伏去發(fā)電方面，太陽能電池組件包括多晶硅、非晶硅、單晶硅等多種材料，使用不同的支架方式進(jìn)行組合。
儲能方面，也將示范不同技術(shù)路線的化學(xué)儲能技術(shù)。如一期儲能裝置為2萬千瓦，采用化學(xué)儲能技術(shù)，選用鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池。以技術(shù)上比較成熟的鋰離子電池作為主要儲能電池，其中以比亞迪的6兆瓦和東莞新能源的4兆瓦作“能量型應(yīng)用”，用于低倍率大容量充放電；以中航鋰電的3兆瓦和萬象公司的1兆瓦做“功率型應(yīng)用”，用于高倍率大功率的充放電。為比較展示不同電池的特性，獲取更多有用的研究數(shù)據(jù)，在大量使用鋰離子電池的同時，工程選用了2兆瓦全釩液流電池，并且正在對4兆瓦鈉硫電池進(jìn)行國際招標(biāo)。
