基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)電系統(tǒng)、公用電網(wǎng)系統(tǒng)和負載系統(tǒng)，負載系統(tǒng)包括普通負載和智能負載；還包括以非并網(wǎng)的形式為智能負載供電的可再生能源發(fā)電裝置；智能負載和公用電網(wǎng)系統(tǒng)之間設有電量控制裝置，電量控制裝置用于控制公用電網(wǎng)系統(tǒng)供給智能負載的電量。當公用電網(wǎng)系統(tǒng)處于峰時段時，按照預設的最小電量給所述智能負載供電；當公用電網(wǎng)處于谷時段時，公用電網(wǎng)取消對智能負載電量按照預設的最小電量供電的限制。該系統(tǒng)能夠適應可再生能源發(fā)電裝置等的波動對電網(wǎng)的沖擊，并能夠充分利用公用電網(wǎng)系統(tǒng)中網(wǎng)電的峰谷電價差提高承擔智能負載企業(yè)的經(jīng)濟效益，輔助公用電網(wǎng)系統(tǒng)進行深度調(diào)峰。
【專利說明】基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，屬于電力控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]改革開放以來，我國國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，經(jīng)濟總量不斷躍上新臺階。伴隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的電力需求也迅速增長。2012年我國全社會用電量達到了 49591億千瓦時，同比增長5.5%。從1980年至2012年，我國全社會用電量增長16.8倍，年均增長
9.2%。
[0003]在節(jié)能減排日益嚴峻的形勢下，對各種可再生能源的開發(fā)利用受到各國重視。中國目前是國際潔凈能源的巨頭，是世界上最大的太陽能、風力與環(huán)境科技公司的發(fā)源地。類似的可再生能源還包括生物能、水能、地熱能、氫能等等。
[0004]下面僅以風能為例進行說明，其他形式的可再生能源與風能類似。風能作為一種清潔、無污染的可再生能源，其開發(fā)和利用被認為是世界能源戰(zhàn)略的重要組成部分。目前世界上大規(guī)模風電場的應用方式主要以風電并網(wǎng)為主，風能的利用主要按照“風輪-發(fā)電機-電網(wǎng)-用戶(負載)”的路線來進行，其中電網(wǎng)是風電的負載和用戶的電源。但是由于風電的不穩(wěn)定性和波動特性，大規(guī)模風電上網(wǎng)還存在著現(xiàn)階段難以克服的技術障礙，風電對電網(wǎng)貢獻率難以超過10%已經(jīng)成為一個世界性難題。同時，風電上網(wǎng)對風力機提出了滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和穩(wěn)相的要求，由此大幅度增加了風力機制造成本和風電價格，使風電的大規(guī)模應用受到限制。
[0005]中國具有豐富的風能資源，我國可開發(fā)利用的風能儲量遠遠超過化石能源(煤炭、石油、天然氣)之和，現(xiàn)已確定的陸地50米高風能可利用儲量為23.8億千瓦。2011年底，新增風電裝機容量1763萬千瓦，占全球總增量的40%，風電裝機總量已達6270萬千瓦，保持全球領先地位。風力發(fā)電具有隨機性、間接性，大規(guī)模風電接入導致電網(wǎng)等效負荷峰谷差變大，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來沖擊。隨著風電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以上特點使風電的消化利用成為難題。風電并網(wǎng)的問題變得日益凸顯。就目前來說，我國有相當一部分的風電沒有實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。
[0006]并網(wǎng)已成為制約風電大規(guī)模發(fā)展的主要瓶頸，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(I)風能的隨機性和間歇性導致現(xiàn)有條件下難以大規(guī)模有效利用。
[0007](2)風能資源豐富的地區(qū)以及風電場建設，主要分布在遠離負荷中心的邊遠地區(qū)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱，大規(guī)模風電的接入導致電網(wǎng)不穩(wěn)定。
[0008](3)風電并網(wǎng)對風機必須滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)相位等10多種技術參數(shù)要求，使風機結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)不得不復雜化，由此增加了風機制造成本、風電價格和故障概率。
[0009](4)由于風電的隨機性，電網(wǎng)要求穩(wěn)定安全運行，因此，風電場接入要滿足相應的技術規(guī)范。同時，為了做到電網(wǎng)合理調(diào)度，保證供電質(zhì)量，要求提供風電場發(fā)電量短期預報和考慮建設一定的配套措施。如電網(wǎng)必須要有大量相應的旋轉(zhuǎn)備用電源等，從而導致總投資增加。
[0010](5)大容量風電的接入會影響電網(wǎng)的調(diào)度和運行方式、頻率控制、電壓調(diào)整、電能質(zhì)量，以及電網(wǎng)的故障水平和穩(wěn)定性等。由于風力發(fā)電固有的間歇和波動性，電網(wǎng)的可靠性可能降低，電網(wǎng)的運行成本增加。為了克服風電給電網(wǎng)帶來的電能質(zhì)量和可靠性等問題，還會使電網(wǎng)公司增加必要的研究費用和設備投資。
[0011]在沒有水電或燃氣發(fā)電等調(diào)峰的情況下，目前風電對電網(wǎng)貢獻率難以超過10%，當所占比例超過10%以后，對局部電網(wǎng)將產(chǎn)生明顯沖擊，嚴重時會引發(fā)大規(guī)模惡性事故。2012年11月，中國國家電網(wǎng)公司共發(fā)生28次風電非正常脫網(wǎng)。這也促使研究者們研究風電與電網(wǎng)內(nèi)在耦合機理和運行規(guī)律，以期提高風電的利用率。
[0012]為了充分利用風電，并對電網(wǎng)進行深度調(diào)峰，國外提出了“智能發(fā)電”的概念。所謂“智能發(fā)電”是指發(fā)電廠根據(jù)終端負荷的變化，自動調(diào)整發(fā)電量，主要實施途徑是通過燃氣、水電等發(fā)電的調(diào)峰來滿足負荷的變化。歐美國家的水資源和燃氣資源比較豐富，發(fā)電機組以水電和燃氣為主，調(diào)峰比較容易，這有利于風電的規(guī)?；瘧?。2007年美國天然氣發(fā)電占39.5%，燃油發(fā)電占5.6%，美國快速調(diào)節(jié)電源占50%。2008年德國燃氣、燃油和抽水蓄能約占總裝機容量的25%，其它可調(diào)電源占8%，德國快速可調(diào)電源約占25%。
[0013]以西班牙為例，該國擁有十分豐富的風能資源，據(jù)西班牙風能協(xié)會(AEE)最新統(tǒng)計，截至2009年底，該國風電裝機容量達1826萬千瓦，占總裝機容量的18.5%。并網(wǎng)風電場已超過500個。2001?2009年，風電裝機容量年均增長23.4%，占裝機總量的比重提高了12.4個百分點。
[0014]2009年，西班牙風力發(fā)電量為358億千瓦時，占全國總發(fā)電量的12.5%，較2001年提高了 9.6個百分點。2001?2009年，風力發(fā)電量年均增長23.2%。2009年12月8日3時59分，瞬時風電出力達到全國電力負荷的53.7% ;當日風力發(fā)電量高達2.52億千瓦時，占當日全國電力消費量的44.9% ;當月風電比例也高達22.7%，首次超過核電(19.5%)。
[0015]西班牙的風力發(fā)電占總發(fā)電總量如此之高，很重要的原因是電力系統(tǒng)具備較好調(diào)峰能力。為了適應風電裝機規(guī)模和發(fā)電量不斷提高的需要，西班牙近年來大力發(fā)展具有深度調(diào)峰能力的燃氣機組、油氣混合燃料機組，積極推動抽水蓄能機組建設。截至2009年底，具備良好調(diào)峰性能的裝機達3497萬千瓦，占總裝機容量的35.5%，有效提升了電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力。
[0016]但是，我國的能源是以煤炭資源為主，其主要特點為“富煤、少油、缺氣”，絕大部分的電能來源于火力發(fā)電。我國風電發(fā)展較為集中的“三北”地區(qū)電源結(jié)構(gòu)都是以火電為主，調(diào)節(jié)能力不強。華北、東北火電比例占80%以上，且供熱機組較多。截至2011年底，全國火力發(fā)電裝機容量總計76546萬千瓦，約占總裝機容量的72.5%，全年新增火電裝機容量5886萬千瓦，火電發(fā)電量38975億千瓦時，占全國總發(fā)電量的82.56%。我國豐富的煤炭資源稟賦決定了我國將在較長時間段內(nèi)保持以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)。
[0017]相對于水電和燃氣等機組來說，火電機組鍋爐燃燒系統(tǒng)具有大滯后，大遲延特性，不宜進行深度調(diào)峰。而且隨著機組出力的下降，其煤耗也相應大幅度增加。如果火電機組參與調(diào)峰，將會出現(xiàn)煤耗上升和發(fā)電機組效率下降、經(jīng)濟性嚴重下滑的情況。表I顯示了某超臨界火電機組在不同的出力條件下，出力每下降100MW煤耗的上升值。當超臨界火電機組參與調(diào)峰出力下降50%時，度電煤耗增加44克，上升13.6%,機組已進入虧損狀態(tài)。[0018]表I
【權(quán)利要求】
1.一種基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，包括發(fā)電系統(tǒng)、公用電網(wǎng)系統(tǒng)和負載系統(tǒng)，其特征在于:還包括以非并網(wǎng)的形式為智能負載供電的可再生能源發(fā)電裝置；所述負載系統(tǒng)包括普通負載和智能負載；所述智能負載是輸入電流大幅度波動只影響產(chǎn)量而不影響產(chǎn)品質(zhì)量并且在較寬的范圍內(nèi)保持電流效率不變的高耗能負載；所述智能負載和所述公用電網(wǎng)系統(tǒng)之間設有電量控制裝置，所述電量控制裝置用于控制所述公用電網(wǎng)系統(tǒng)供給智能負載的電量；所述智能電網(wǎng)系統(tǒng)在使用時，當公用電網(wǎng)系統(tǒng)處于峰時段時，所述公用電網(wǎng)系統(tǒng)按照預設的最小電量給所述智能負載供電；當公用電網(wǎng)系統(tǒng)處于谷時段時，所述公用電網(wǎng)系統(tǒng)取消對智能負載電量按照預設的最小電量供電的限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述智能負載為電解鋁裝置、海水淡化裝置、規(guī)模化制氫裝置、鹽化工裝置、鐵合金冶煉裝置和/或抽油裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述可再生能源發(fā)電裝置為風力發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電裝置和/或潮汐發(fā)電裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述可再生能源發(fā)電裝置采用耦合控制技術為智能負載供電。
【文檔編號】H02J3/00GK103441494SQ201310314606
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】顧為東 申請人:顧為東