智能电网技术专题(二)

1智能电网技术专题二华北电力大学电气与电子工程学院孙英云Email:[e-mail]2什么推动了智能电网的发展？3目录智能电网是什么？是什么推动了智能电网的发展？智能电网相关技术智能电网研究进展4全球变暖已经日益威胁到人类的生存5CO2浓度已经接近400ppmIPCC450ppm？6各种能源相关的二氧化碳排放量数据来自国家能源署051015202530354045198019902000201020202030GigatonnesInternationalmarinebunkersandaviationOECD-gasOECD-oilOECD-coalNon-OECD-gasNon-OECD-oilNon-OECD-coal2006到2030年，预计97%的排放量增长来自非OECD（经济合作与发展组织国家）,其中中国,印度和中东占3/47世界各国如何应对这种情况？京都议定书1997年12月在日本京都签订，其目标是“将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平，进而防止剧烈的气候改变对人类造成伤害”于2005年2月16日强制生效美国的态度中国的态度8气候变化——中美压力空前年代中国美国印度欧盟15国俄罗斯日本其他世界199023.148.911.132.222.51157.2206200033.357.515.732.615.412.156.4223200555.758.718.633.815.912.563.8259200767.259.020.733.216.712.566.7276数据来自厦门大学中国能源经济中心总量占世界总排放比例（%）人均排放比较（吨/人）年度中国美国印度中国美国印度199011.223.75.42.219.61.3200014.925.87.02.620.41.6200521.522.77.24.319.81.7200724.421.47.55.119.61.8G2的压力—全球温室气体排放量单位：亿吨美国的压力更为突出9目前中国的电源结构水电,20.64%火电,77.42%核电,1.23%风电,0.58%其他,0.12%数据来自中国电力企业联合会2008数据10020004000600080001000012000199619971998199920002001200220032004200520062007水电核能天然气消费量石油消费量煤炭消费量0200400600800100012001400160018002000199619971998199920002001200220032004200520062007水电核能天然气消费量石油消费量煤炭消费量全球各种能源消耗中国各种能源消耗全球和中国的各种能源消耗资料来自：中国能源网研究中心11美国能源政策的转变奥巴马就任美国总统后，以最快速度大规模推出震惊世界的能源政策标志性事件：2月26日向国会提交总额为3.6万亿美元的2010年财政预算案。内容包括推进限制温室气体排放的能源气候改革计划以及强制污染方排放自负。该预算案计划到2020年和2050年，美国的温室气体排放量将较2005年分别减少14%和83%，与此同时，污染排放许可将在2012年开始出售。2FulltextofPresident-electObama’sspeech,美国的战略意图是什么为什么奥巴马不救三大汽车公司，却出资发展新能源汽车美国提出2016年小型汽车和轻型卡车的平均能耗将达到每加仑汽油行驶35.5英里，相当节省18亿桶原油，环保功效相当于减少1．77亿辆行驶美国会为什么对朱棣文的任命全票支持金本位——石油本位——碳本位高额碳关税？13美国发展智能电网的意图利用美国在技术创新、资本市场和制度方面的优势重新夺回经济和技术的“制高点”在争夺全球气候变化斗争领导权和控制权上重建占据优势地位通过主导排放交易制度继续维持美元作为全球性主导货币的战略地位充分利用美国信息技术的优势地位，整合能源并延伸至工业、商业系统完成信息化社会建设14金融危机的影响是智能电网快速发展的催化剂从去年开始的金融危机严重影响了世界各国的经济发展各国政府迫切需要找到一个能够引领经济复苏的新引擎战争？Noway智能电网？YesWhy？151929年大萧条的教训胡佛（胡华）1929年3月4日--1933年3月3日担任美国总统在1920～29年，美国工业总产值增加近50%，大企业得以蓬勃发展，卡特尔、康采恩、托拉斯盛行，社会财富高度集中于少数利益集团手中，大企业政治直接左右国家决策。全美1/3的国民收入被5%的最富有者占有；60%的家庭年收入为仅够温饱；还有21%的家庭年收入处于贫困线。欧洲一战后重建完成，造成美国产能过剩，诱发结构性经济危机1929年美国爆发经济危机，道琼斯指数跌去90%，全球5000万人失业，生产倒退20至30年，工业生产下降37.2%。仅美国有10多万家企业破产，6000家银行倒闭，失业率高达30%，物价暴跌33%，国际贸易缩减40%胡佛政府为挽救危机，出资修筑大量公共设施，支持大企业进行项目建设：帝国大厦和克莱斯勒大厦1930年开工、胡佛大坝1931年、金门大桥1933年、诺里斯大坝1933年┄。政府实行赤字财政，加大税收，支持大企业，放手让其进行“市场调控”政府增加投入并未能帮助美国走出大萧条，大量资金流入大企业，中小企业成为危机的牺牲品，失业进一步增加，结果使危机越演越烈16罗斯福新政——改革和打破垄断F.D．罗斯福1933年3月4日就任第32届美国总统，开始“新政”1935年8月28日罗斯福力排众议签署了遏制垄断企业的《公用事业控股公司法》（PUHCA），使州政府能够有效监管属地电力、电话公司，州议会能够配合立法立法前，全美虽有100多家电力公司，但主要市场控制在3大垄断寡头手中该法授权证券交易委员会（SEC）打破托拉斯、康采恩，限制公用事业公司在各州的管辖权限，规范运营公用事业公司及其相关业务活动，强迫其分拆、重组通过要求控股公司放弃它们在各州电力公司的股份，变电力公司为各州独立运营的经济实体，从而取消了大量的跨州经营的垄断电力控股企业严格限制这些能源垄断控股公司从事的主营和兼营业务，规范他们的收入1935年5月罗斯福签署了一项成立农村电气化管理局(REA)的执行令。1936年5月罗斯福签署《农村电气化法》在1938年至1942年间，REA在美国乡村开展了一场大规模群众性教育运动，帮助农民学会怎样使用电能来减轻繁重的日常家务及农场杂活，提高农业的整体生产率大量增加了就业，新技术应用，从根本上改变了农村基础设施，缩小了城乡差距17专家们认为，智能电网，亦即能源革命是自蒸汽机为标志的工业革命之后，人类面临的最重大的一次能源技术革命。也是中国自1840年以来面临最大的一次来自技术进步的历史挑战发展智能电网对于现行体制将是一次严峻的考验，会彻底打破现行的政府和国有企业的利益格局，会影响一大批既得利益者挑战不仅针对中国，美国、欧洲、日本也同样面临这场严峻的挑战，中国仍有机会一搏智能电网发展带来的挑战18史蒂芬·贝尔(美国绿色和平组织)智能电网能够用大规模的可再生能源发电，送给有需要的人输送到需要的地方。它同时能增加就业，节约费用，使美国摆脱对国外能源的依赖。“提高能源使用效率至关重要。我们利用通过污染环境的资源得到能源，又大量浪费它。因此，最快、最便宜的解决办法就是节约使用。”19经济学家EdBarbier(怀俄明大学)使用得当的话，‘智能电网’能提高现有的电力配送效率，有助于降低化石燃料使用和碳排放量。投资智能电网还可以增加工程、建设、计算机领域的就业机会，并且间接影响制造业和构件组装业的就业机会。20GDP增加值与发电量增加的关系0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008GDP增加值发电量增加值数据来自中国能源网研究中心21我国智能电网的建设必须考虑和适应这些基本情况全国统一频率电网的安全运行问题需要提高电网的可靠性和坚强程度大规模可再生能源基地的接入问题需考虑对区域电网频率/联络线控制质量的影响用户、电网、发电企业的深入互动提高电网可观性和可控性……这些都是我国智能电网建设中所必需面对的问题，需要引入新技术/新管理控制方法22目录智能电网是什么？是什么推动了智能电网的发展？智能电网相关技术智能电网研究进展23智能电网相关技术先进发电与储能技术先进输配电技术先进二次侧技术智能电网管理和控制新技术24先进发电与储能技术可再生能源发电技术风力发电太阳能发电生物质能发电技术潮汐能发电清洁煤发电整体煤气化联合循环增压硫化床联合循环机组（PFBC-CC）25我国风能资源分布我国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW如果年满功率发电按2000~2500h计，风电的年发量可达5060~6325亿kWh风能资源的分布主要集中在东南沿海及其岛屿以及内蒙、甘肃、新疆一带区域2627风力发电技术鼠笼式异步发电机通过变速箱和电网相联发电时需要吸收较多无功，需加装无功补偿双馈异步发电机定子绕组直接连接与电网相联，转子绕组通过整流逆变器和电网相联有功、无功可以解耦控制、风能利用效率高、出力波动较小直驱型同步风力发电机不需要变速箱对整流逆变器容量要求大28太阳能资源分布全国太阳辐射年总量大致在3.35×103～8.40×103MJ/m2之间，其平均值约为5.86×103MJ/m2全国太阳辐射总量平均为1630kWh/(m2·a)，年日照小时数2000h青藏高原大部分地区年辐射量2000kWh/(m2·a)，年日照小时数超过3000h，是世界上的高值区之一29太阳能发电技术目前太阳能电池产品主要分为晶体硅电池、薄膜电池两类。其中前者又可分为单晶硅、多晶硅电池两种，其转化效率较高，约15%左右，高者已能达25%以上，但成本也相对较高，目前占据大多数的市场份额；后者虽然在转化效率尚不如前者，稳定光电转换效率约为5%～8%，但成本相对较为低廉，近年来在转化效率方面已有突破性进展，主要包括非晶硅电池、铜铟镓硒电池和碲化镉电池等30太阳能发电技术我国太阳能光电累计用量已达13100千瓦，其中通信占50%，农村与边远无电地区占30%，民用与工业用各占10%已建成15座光伏电站，最大的是1998年投入运行的西藏安多100千瓦光伏电站提高转换效率和降低造价是太阳能发电的发展方向尽管太阳能发电成本在过去25年里已下降了10倍，但目前成本仍是入网电价的3～5倍，业界认为接近电网等价点(GridParity)才是光伏产业真正爆发性增长的开始31生物质能林业加工废弃物2.1亿吨农作物秸秆2.86亿吨大中型养殖场禽畜粪便1100万吨标煤生活垃圾工业有机废弃物250亿立方米沼气32生物质能发电我国生物质能发电得到实际应用的有燃烧蔗渣或稻壳的发电站、稻壳气化发电和沼气发电蔗渣与稻壳燃烧电站主要在两广地区，装机约80万千瓦稻壳气化发电系统，容量为60-240千瓦小型沼气发电装置，共约80处，总装机2560千瓦33海洋能我国沿岸和海岛附近的可开发潮汐能资源理论装机容量达2179万kW，理论年发电量约624亿kWh波浪能理论平均功率约1285万kW，潮流能理论平均功率1394万kW这些资源的90%以上分布在常规能源严重缺乏的华东沪浙闽沿岸34潮汐发电技术潮汐能发电可分为两种形式，一种是利用海湾、河口等有利地形,建筑水堤,形成水库，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房发电，另一种则是利用洋流发电，无需建造水坝。目前投运的潮汐能电站多为