智能电网新能源发电技术及发展规划.doc

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1、智能电网新能源发电技术及发展规划摘要：当今社会，随着经济、科技、社会生活的飞速发展，各行各业的用电需求与日俱增，传统电网已难以负荷并且不能满足高效发电和输电的需求。面临能源危机这一现状，智能电网和新能源发电技术便应运而生。本文首先阐述了智能电网的定义与发展；其次简要介绍了智能电网新能源发电相关技术的类型与特点；最后说明了智能电网建设的基本发展规划，总结了智能电网发展的问题，得出了智能电网是电网技术发展的必然趋势这一结论。关键词：能源危机；智能电网；新能源发电；基本规划；发展问题中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：New Energy Power Generation and Dev

2、elopment Planning of Smart GridZHAO Xiaorui(Key Laboratory of Industrial Internet of Things and Networked Control, Ministry of Education，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China)Abstract: In modern society, with the rapid development of economic, technological and

3、social life, the demands for electricity grow up in various trades and industries. The traditional power grid becomes difficult to meet the demands for power generation and transmission. Faced with the energy crisis, the smart grid and new energy generation technology came into being. This paper des

4、cribes the definition and development of the smart grid, and briefly describes the types and characteristics of the energy generation technology, and illustrates the basic development planning of smart grid construction, and summarizes the problem of smart grid development. And finally, come to a co

5、nclusion that smart grid is the trend of the grid technology development.Key words: energy crisis; smart grid; new energy power generation; basic planning; development problems0. 引言近年来，随着社会各行各业的不断发展，对电力的需求和依赖与日俱增，能源问题已经逐渐白热化。传统电网正面临能源危机带来的前所未有的挑战，新能源发电及其相关技术的发展成为世界关注的焦点，通过对发展需求的不断思考与探索，为提高电网运作的实时高效性

6、，智能电网这个概念被提出，并得到了飞速的发展。本文将从智能电网的定义与发展着手，阐述智能电网的新能源发电技术以及智能电网在我国的现状和发展规划。1. 智能电网的定义及发展现状1.1智能电网的定义智能电网是一种新型电网的发展理念，其没有一个确定的定义。智能电网的范畴不仅涵盖配电和用电，还包括输电、运行、调度等多个方面。根据IBM中国公司高级电力专家MartinHauske的解释，智能电网有三个层面的含义：（1）利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行有效的实时监控；（2）把获取的数据通过网络系统进行收集、整合；（3）通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。综上

7、所述，智能电网以现代输配电网为物理基础，建立在集成的、高速双向通信网络平台上，利用数字技术提高电力系统的可靠性、安全性和效率；利用先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策，动态优化电力系统的运行、维护和规划方案；对各类资源和服务进行整合，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标1。最终实现的智能电网具有自愈、互动、安全、优质、高效、市场化、兼容性好、多元化等特征。1.2.智能电网的发展现状目前智能电网建设正处在初始阶段，由于不同国家的经济和发展条件的不同，各国都结合本国的特点来规划和发展智能电网，因此发展重点和步骤也不相同。（1）2001年，美国电力

8、科学研究院（EPRI）提出“Intelligrid（智能电网）”这一概念，紧接着美国能源部（DOE）发布Grid2030计划。通过采用先进的材料技术、超导技术、电力电子技术、重点研究控制技术、广域测量技术、实时仿真技术、储能技术、可再生能源发电技术以及微型燃气轮机发电技术等等，构建全美骨干电网、区域性电网、地方电网和微型电网（分布式电力系统）等多层次的电力网络，争取在2030年建成完全自动化、高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的输配电系统，以保障大电网的安全性、稳定性，提高供电的可靠性及电能质量2。（2）2005年，欧洲提出类似的“smartgrid”概念。2006 年，欧盟智能电网技术论坛着

9、重于输配电过程中的自动化，推出了欧洲智能电网技术框架，认为智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。（3）2006年，美国IBM公司提出智能电网方案3。提供了一个大的智能电网的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。（4）2007年，在中国，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，计划建成具有自愈能力的智能电网。2009年，在2009特高压输电技术国际会议上，中国国家电网公司首次提出了“坚强智能电网”的概念与计划，计划在2020 年基本建成中国的坚强智能电网。2011年，我国坚强智能电网进入全面建设阶段，

10、中国首个智能电网综合示范工程在中新天津生态城成功投运。2012年，国家能源局全面启动智能电网相关政策研究和试点工作，建设智能电网正从国家战略规划层面逐步落实到政策措施和工程实践中。中国正日益成为世界智能电网实践的引领者和相关标准制定的主导者。2. 智能电网中的新能源发电技术新能源相对于常规能源，也称作清洁能源，指在科学技术基础上开发利用的非常规能源，如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、核能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢能等4。由于煤、油、气等常规能源具有污染环境和不可再生的缺点，并且常规能源供应不足的矛盾变得日益突出，而新能源普遍具有污染少、储量大的特点，人们因此变得越来越重视新

11、能源的开发与利用。新能源的发展对于解决当今世界环境严重污染和资源枯竭问题具有重大的意义。新能源发电技术作为智能电网专业领域的主要技术之一，涵盖了大规模新能源发电及并网技术，大规模新能源发电，大规模储能和大规模新能源发电集中并网等等。由新能源转换而来的电能必须在电网调度系统的指挥与控制下，经过电网的输、变、配、用等环节，才能最终满足各行各业的实际用电需求。由于传统电网不能满足大规模新能源发电接入的要求，因此，新能源的开发必须与智能电网的建设必须共同发展，两者紧密相连，相互依存，缺一不可。下文主要阐述几种智能电网中常见的新能源发电技术的类型和原理。2.1太阳能发电目前太阳能发电形式主要有两种：光热

12、发电和光伏发电5。（1）光热发电光热发电技术是通过聚光装置汇集太阳能，加热工作介质至沸点，使其由液态变为气态蒸汽，推动汽轮发电机进行发电。按着聚光方式的不同，太阳能光热发电系统一般分为塔式、槽式和碟式三种。目前只有槽式线聚光系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。我国光热发电起步比较晚，仅有一些学校和研究院开展了光热发电系统关键部件研发的基础性工作，离大规模商业化运营还有较大距离。（2）光伏发电光伏发电技术是指通过光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的光伏效应产生。能产生光伏效应的材料很多，如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓等，其发电原理基本相同

13、。太阳光照射太阳能电池，太阳光的光子在电池里激发出电子空穴对，电子和空穴分别向电池的两端移动，如果外部构成通路，就形成电流，产生电能。图1所示的是一个简单的光伏发电系统框图。图1 光伏发电系统框图2.2风能发电风能发电技术是把风能转变为电能的技术6。利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电系统由桨叶、机械传动系统、发电机、电力电子装置、升压变压器等组成。风力发电系统的发电过程是一个能量转换过程，风的动能先被风机的桨叶捕获转换为机械能，再经过机械传动系统传递给发电机，由发电机实现机械能到电能的转换。风力机的输出功率与风速的大小有关，由于自然界的风速是极不

14、稳定的风力发电机的输出功率也极不稳定。风力发电机发出的电能一般不能直接用在电器上，先要储存起来，经过转换以后才能并入到电网中。2.3地热能发电地热是一种洁净的可再生能源。地球是一个巨大的热仓库，其内部的热能通过热水、蒸汽、干热等形式，源源不断地涌出地表，为人类提供丰富而廉价的能源7。地热发电是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电，不需要庞大的锅炉和消耗燃料，只需要地热能的供应。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有载热体把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按

15、照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。2.4海洋能发电海洋能发电时利用海洋所蕴藏的能量进行发电 海洋能通常是指蕴藏在海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能波浪能海流能海水温差能海水盐差能等 海洋能清洁无污染，蕴藏丰富，但能量密度低，地域性强，开发困难且具有一定的局限性海洋能开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经得到了实际应用8。2.4.1 潮汐能发电潮汐能是月球和太阳等天体的引力使海洋水位发生潮汐变化而产生的能量。潮汐发电是利用潮水的涨落所产生的水位差的势能来实现发电。由于蓄积的海水落差不大，但流量庞大，并且呈

16、间歇性，所以潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。潮汐能属于可再生资源，蕴藏量大，运行成本低；潮汐能发电对于环境影响小，发电不排放废气废渣废水，属于清洁能源；潮汐发电的水库都是利用河口或海湾建成的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大面积土地；潮汐能发电不受洪水、枯水期等水文因素影响；潮汐电站的堤坝较低，容易建造，投资也较少。2.4.2 波浪能发电波浪发电的原理是将波浪能通过转换装置转换为机械气压或液压的能量，然后通过传动机构驱动发电机发电。虽然波浪能开发的技术复杂、成本高、投资回收期长，但是我国的海岸线很长，储藏着巨大的波浪能，所以我国波浪能发电的前景仍然十分广

17、泛。2.5生物质能发电生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量9。生物质能资源种类繁多，具有可再生分布广低污染等特点，生物质能发电分为传统生物质能发电和现代生物质能发电。传统生物质能主要是指用于直接燃烧的薪材、木炭和秸秆等农作物废弃物，主要在一些不发达地区使用；现代生物质能指利用现代生物质转化技术转化成燃料而使用的有机质载体，如动物粪便、生活垃圾、能源植物等。生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行发电 包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。2.6核能发电核能发

18、电分为核裂变能发电和核聚变能发电10。核裂变能是指重元素（如铀、钍）的原子核发生分裂反应时所释放的能量，通常称为原子能；核聚变能是指轻元素（如氘、氚）的原子核发生聚合反应时所释放的能量。核能发生反应，其所产生的大量热能可以用作发电。最大优点是无大气污染，集中生产量大。（1）核能核裂变发电核电站采用核反应堆，用核反应堆代替传统锅炉。从1954年世界上第一座原子能电站建成以后，全世界已有20多个国家建成400多个核电站，发电量占全世界16，中国设计制造建成的第一座核电站是浙江秦山核电站30万千瓦，引进技术建成的是广东大亚湾核电站180万千瓦。（2）核能核聚变发电热核反应，由于聚变核燃料氘在海水中储

19、量丰富，几乎人类可用之不尽。可以说，世界人类永恒发展的能源保证是核聚变能。 3. 智能电网的发展规划在我国二氧化碳排放总量不断增长，能源资源与生产力布局极不平衡等造成的能源危机下，智能电网应用于中国，加快了可再生能源的开发，提升了对清洁能源发电利用率，推动大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源基地的集成化开发和高效利用，使我国能源供应得到优化。新能源发电技术的发展，降低了对传统化石能源的依赖，为社会的可持续发展提供了更加安全和优质的能源。新能源技术应用于智能电网需要注意以下四个方面：（1）新能源发电能够通过智能电网送出。智能电网输电新技术的研究与应用满足了大规模新电力输送的要求。解决了新能源发

20、电站一般地处偏远地区、荒漠地带，在电网结构上也是位于电网线路的末端，距离负荷中心较远的远距离输电线路输送问题。（2）新能源发电能够通过智能电网送对。智能电网的调度系统作为电网运行的神经中枢，在确保大规模间歇式新能源输送的同时，保证了电网的安全稳定运行。解决了新能源大多与当地的气候条件紧密相连，而天气变化、阴晴不定的气候条件使得新能源发电大多具有间歇性、周期性、波动性等特点带来的问题。（3）新能源发电能够通过智能电网送准、送好。智能电网配用电技术根据新能源分布式接入对配电网在规划、运行、控制等方面的影响，研制了智能化的配用电设备和系统，为新能源的分布式接入提供了保障。解决了目前我国新能源发电呈现

21、出的“大规模集中开发、中高压接入”与“分散开发、低电压就地接入”并举的发展趋势问题。使新能源分布式发电具备一定的功率调节能力和对电网的支撑能力，确保了新能源分布式接入配网后用户的安全可靠用电。（4）智能电网新能源发电的稳定性。智能电网在发电环节方面，通过完善新能源发电接入电网的技术标准，规范新能源电站必须具备的性能指标，引导新能源发电先进技术与先进装备的开发与应用，满足了电源必须根据电网调度的指令实施发电调节与控制和电网安全可靠运行的要求。解决了在接纳新能源的智能电网上，不同能源定位的统一化。针对以上将新能源发电应用于智能电网所需要确保的要点，为满足中国发展智能电网的迫切需求，国家电网公司于2

22、009年提出了坚强智能电网建设规划，主要分为三个阶段11：第一阶段：2009年2010年，规划试点阶段。重点开展坚强智能电网发展计划，制定技术和管理标准，开展关键技术和设备研制，开展各环节试点。第二阶段：2011年2015年，全面建设阶段。将加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。第三阶段：20162020年，引领提升阶段。将全面建成统一的坚强智能电网，技术和设备达到世界先进水平。智能电网在中国的建设发展不仅缓解了能源危机，也为中国创造了发展机遇：带来巨大的市场机遇；对我国电力工业及相关的电力装备产业的系统创新能力和整体技术

23、水平的提高有极大的促进作用；为我国传统电力装备制造产业的延伸，提供了更好的发展机遇；为我国设备智能化，设备更新换代提供了机遇。在中国智能电网的建设过程中，必然也存在一些问题12。在宏观政策层面，电力行业需要适应气候变化，满足建设资源节约型和环境友好型社会的要求；在市场化改革层面,交易手段与定价方式正在发展,市场供需双方的互动将会越来越频繁。中国电网企业还面临着一些特殊问题,如国家电网坚强骨干网架尚未建成,原用电网抵御故障的能力较薄弱；电网稳定水平偏低,运行灵活性不强；现有的高压、超高压输电线路输送能力偏低,利用率不高；企业信息化建设相对滞后,还未形成一体化等等。4. 结束语当今社会，能源短缺成

24、为最大的危机，可再生能源、节能减排、可持续发展等成为人们关注的焦点，开发清洁能源、发展低碳经济、实现能源优化配置等措施成为世界各国的共同选择。包括中国在内的各国已经把智能电网当作首要发展建设的基础设施。将新能源技术应用于智能电网存在着重大的意义，太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能以及核能等可再生能源的发电处于被大规模开发利用的阶段。对于中国，随着坚强智能电网建设的推进，电力装备产业、信息通信产业、软件产业、电路芯片产业等一系列产业的联合研发以及产品的创新，必将使得“中国制造”转变为“中国创造”，必将促进电力及相关产业的跨越式发展。面对智能电网巨大的市场需求和中国智能电网建设事业的蓬勃发展，

25、世界许多大公司纷纷走进中国智能电网建设与产业领域，如思科公司在中国成立了专门的研发团队，协助中国智能电网发展，施耐德等知名国际电气公司也在中国落脚，携手中国发展智能电网。中国政府亦投入大量资金发展新能源行业，众多高校开设了培养智能电网领域高科技人才的相关课程，作为一名相关专业的大学生，我们拥有较好的学习条件，必将抓住机遇，敢于迎接新的挑战。智能电网的发展前景辽阔，立志于发展智能电网，我们一定能获得更好更广阔的发展空间。参考文献1 李乃湖, 倪以信,孙舒捷,姚美齐. 智能电网及其关键技术综述J. 南方电网技术, 2010, 03: 1-7.2 宋菁, 唐静, 肖峰. 国内外智能电网的发展现状与分

26、析J. 电工电气, 2010, 03: 1-4.3何光宇, 孙英云. 智能电网基础M. 北京:中国电力出版社, 2010.4 李正统. 新能源与可再生能源技术J. 东南大学, 2009, 25(1).5 周海波, 李家坤. 新能源发电技术的现状及应用前景分析J. 安徽电气工程职业技术学院学报, 2011, 01:82-85.6 邱志斌, 黄刚, 黄霞. 浅谈新能源发电的特点及其发展前景J. 科技致富向导, 2010, 23:11+8.7 李胜, 李玉堂, 李俊玲. 新能源发电综述J. 现代农业, 2013, 04: 78-79.8 游亚戈, 李伟, 刘伟民, 李晓英, 吴峰. 海洋能发电技术的发展现状与前景J. 电力系统自动化, 2010, 14: 1-12.9 汪琼, 姚美香. 浅谈我国生物质能发电的现状及其产生的环境问题J. 环境科学导刊, 2011, 02: 30-32.10 关根志, 左小琼, 贾建平. 核能发电技术J. 水电与新能源, 2012, 01: 7-9.11 张梦. 浅谈智能电网J. 中国建设教育, 2011, 2(3-4).12 李家坤. 我国智能电网建设的战略意义及发展方向分析J. 长江工程职业技术学院学报, 2011, 28(2).- 8 -