能源轉型中電力系統規劃的關鍵技術分析

陸昊鵬，王嘉昊

貴州電網有限責任公司貴安供電局，貴州 貴陽 550000

0 引言

電力領域的碳排放量在我國總排放量中的占比約為40%，為此，電力行業應當對新能源進行運用，探索電力系統規劃的主要方向和關鍵技術，將高污染、高能耗的電力系統轉變為清潔高效和低碳節能的電力系統，從電源側、電網側、負荷側等方面進行研究，研發先進的電網系統規劃技術。

1 基于能源轉型的電力系統規劃發展方向

（1）電網規劃。魯宗相等[1]提出了一種新的輸電模型，即“儲能-輸電網”的電網系統模型，該模型能夠對電網系統擴建成本進行控制，即對電網系統的儲能功率和輸電網進行調整，與過去比較單一的儲能方式相比，該模型更加經濟。王建樹[2]根據魯宗相提出的模型理論進行了研究，在單時段的角度進行計算，同時對多時段的輸電情況進行分析，在保證電力系統能夠安全穩定運行的前提下，計算電網系統的最高輸電量，進一步加強電網系統輸電線路的資源使用效率，在計算、比較和分析的過程中，優化了資源利用率的計算方式。

（2）可再生能源發展規劃。田世明等[3]對能源轉型帶來的變化和清潔能源的利用進行了分析，在電力系統的轉型和可再生能源的融合使用等方面提出了相應對策，值得參考。唐曉駿等[4]重點研究了能源的發電性能，在電網規劃中提出了一種融合多方面內容的交直流混聯模式，并通過實踐證明了該模式的可行性。

（3）儲能系統規劃。陳先龍等[5]通過研究和實踐，實現了減少電力系統運行成本的目標，在儲能系統規劃中共同構建了共享儲能系統，可以對不同地區的能源系統進行計算和優化配置，在優化的過程中運用了納什議價法，計算不同地區能源系統的實際數據，對儲能系統中的參數進行調整。周思宇等[6]對儲能系統的容量進行了研究，根據可再生能源的容量需求提出一種新的儲能系統規劃方法，在保證可再生能源容量的基礎上，對電力網系統備用容量、調峰情況以及可再生能源的利用率進行計算和分析，得出儲能系統在各個分區中的合理容量。

（4）負荷側規劃。王琦[7]對電力系統建設途徑進行了討論，提出了兩種建設途徑，一是以變電站為主的實體站，二是以能源綜合服務站為主的虛擬站，對虛擬站規劃建設的關鍵技術進行了研究。

2 能源轉型背景下電力系統規劃的關鍵技術

（1）儲能技術。儲能技術在發電系統、輸電系統、輔助服務、可再生能源利用、終端用戶管理中均發揮著重要的作用，其具體應用如表1所示。新能源電力系統一般會使用相變材料，相變儲能技術可以利用相變材料吸收、儲存和釋放能量。相變儲能中的能量具有非常高的密度，包含多種儲能形式，如冰蓄冷的儲能形式，通過蓄冷介質來控制電力系統中的能量，在高峰用電階段使用冰蓄冷的儲能方式能夠緩解供電壓力。電儲熱利用水和金屬來儲熱和放熱，在電力系統中運用電儲熱的儲能方式能夠提高輸電效率。熔融鹽儲熱能夠改變無機鹽的形態，利用熱循環技術進行發電，需要注意熔融鹽儲熱具有較高的傳熱性，還具有一定的腐蝕性。

表1 儲能技術在智能電網中的應用

儲能技術的種類較多，不同類型的儲能技術在技術發展成熟度和應用環節上存在差異，如圖1所示。其中，抽水儲能技術的發展最為成熟，運用抽水儲能技術時，需要在上游和下游區域分別建造水庫，如果負荷較低，可以將下游的水輸送到上游并將其存儲在上游水庫內。在負荷較高的情況下，可以利用上游存儲的水進行發電，抽水儲能的能量轉換效率相對較高，一般可達到70%～75%。發電環節中的另一個儲能技術是壓縮空氣儲能，該技術發展相對成熟。壓縮空氣儲能的能量轉換率也比較高，可以維持在75%左右，常用于電能調峰以及電力系統備用中。此外，儲能技術還包含蓄電池儲能技術。由圖1可知，各種蓄電池儲能技術的發展中，化學電池儲能技術發展相對成熟，該技術經常被用于太陽能光伏發電系統中，還可以用于風能發電系統。

圖1 各種儲能技術發展成熟度

（2）太陽能光伏發電技術。光伏發電技術有著不同的類型，從太陽能光伏發電的形式和結構上進行區分，主要包含3種光伏發電類型：一是比較常見的并網型；二是獨立型；三是前兩種發電類型的結合。在并網型光伏發電中，需準備一處面積較大的場地，把各處的電流和電壓集中起來統一進行供電。在獨立型的光伏發電中，通常會在建筑樓頂進行發電和供電，能夠將多余的電能輸送到電網系統中，增加電網系統的輸電量。在兩者結合的電網系統中，需要加強電壓源的控制，在控制中實現快速切換。為了更好地控制電能質量，需要對濾波器裝置進行改進，利用群控技術來調整系統中的諧波電流參數。使用光伏發電技術時需要注意光電效應、PID效應和光伏陣列，選擇合適的電池組和逆變器，在光伏電站中利用SVC來調整電力系統的電壓。

（3）風力發電技術。風能電力系統可以對儲能技術進行利用，儲能技術可以存儲風能資源，為風能電力系統的穩定運行提供保障，在負荷較大的情況下同樣可以滿足電力系統的運行需求。風能資源最重要的應用是風力發電，風能發電技術主要是將風能轉變成機械能，最后通過風力發電機進行發電，產生電能。風能發電技術在電力系統中的應用效果與風力發電機的型號和種類有較大關系。

從結構上看，風力發電機有兩種結構形式，一是橫軸結構的風力發電機，二是縱軸結構的風力發電機。從容量上看，葉片的長度和容量的大小正相關。從型號上看，主要可劃分為特大型、大型、中性、小型。從功率控制上看，有3種模式的汽輪機，一是通過固定攻角進行控制，二是通過變化攻角進行控制，三是通過主動齒輪箱進行控制。從轉速上看，包含恒速和變速。從風力發電的來源和形式上看，一是陸上風力發電機，二是海上風力發電機。對風能電力系統進行規劃之前，必須對風力發電機進行選擇，根據電力系統所在區域的實際用電需求來選擇合適的容量和型號等。

為了保證風能電網系統的穩定性，需要嚴格控制變速情況，可以將模糊控制技術和并網技術相結合，通過控制葉片的轉速來調整風力發電機的風速，提前判斷風輪氣動的情況，及時把風電場調整到并網狀態中，風力發電機會進行無功功率吸收。在風電場中可以安裝合適的補償裝置，如安裝SVC調整電網系統的運行情況。因為并網狀態會形成無功功率吸收，所以要在風能電力系統中運用被動式能源管理技術，以此來滿足平衡無功和穩定電壓的要求。

（4）地熱能發電技術。地球內部的熱量是一種可再生能源，可以利用地熱能進行發電。電力系統雖然無法直接對地熱能進行利用，但是可以對地球的熱量進行轉化，把熱能轉變成電能，將電能輸送到電力系統中。地熱能還可以在供暖系統中運用。地熱能發電具有極強的實用性，其發電過程也相對簡單。為了保證新能源電力系統有充足的電能，需要提高地熱能發電技術水平，對地熱能發電中的問題進行分析，不斷優化地熱能發電技術，利用地熱能進行發電的同時需注意環保，促進電力行業持續穩定的發展。

3 結束語

綜上所述，能源轉型是當前電力系統發展的主要方向，在發展中應當對可再生能源和電力系統的結合進行研究，可以重點研究風能、太陽能和地熱能在電力系統中的引用，同時對新能源電力系統的技術進行研究，對各種儲能技術加以利用，提高儲能技術的能量轉換率。