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强大的电网是高质量风电的保证

 风力发电需要有电网强有力的支撑,强大的电网可以把风电从发电的地方送到最需要电力的地方。

 

  海滩、砾石、沙丘和海水——这通常是旅行者抵达丹麦最西端布洛万角灯塔的第一印象。然而,向大海方向放眼望去,离岸而建的风力发电机就会跃入眼帘。

 

  在离岸15公里处,风机矗立于海面之上。自2002年6月建成至今,这些风机的发电量大约满足了丹麦全国1.5%的用电需求。

 

  天气晴朗时,细心的来访者还会在海天交际处发现其他风力发电机的轮廓,它们就是荷斯韦夫(HornsRev)二期近海风电场。这两座位于荷斯礁(HornsReef)的风电场将满足丹麦全国3.5%的用电需求。但是,要实现这一切,还需要做大量的工作。

 

  依赖于良好的天气

 

  荷斯韦夫(HornsRev)二期近海风电场将是丹麦最大的风力发电场。该风电场位于离岸35公里处,丹麦国家电网公司负责建设电网,把风电从近海的风机输送到用户那里。若想达到这个目标,不仅需要专业的知识和雄厚的财力,还需要先进的技术和大量的时间,当然,充足的电缆和良好的天气也是必不可缺的。

 

  丹麦国家电网公司的项目经理延斯·克里斯蒂安·海格博格说:“这类工程的建设受一系列因素的影响,有点像拼图游戏。变压器和电缆的安装铺设时间会很长,而且天气的突然改变也会打乱工程进度。比如,只有在天气良好且无风的时候,才可以把变压器运送出海到指定地点进行组装,而如果在低于5摄氏度的情况下铺设电缆,电缆很有可能遭到损害。”

 

  而仅仅铺设100公里长的海底电缆还是远远不够的。近海风力发电场通常建造在远离用户的地方,电力往往还需要几百公里才能传输到每家每户。

 

  商业化运营风电

 

  丹麦国家电网公司电力系统发展部的副总监彼得·约根森说:“我们的电网越强大,覆盖的用户就会越多。”

 

  他强调:“为了使更多的可再生能源电力并网,我们必须进一步扩展国家间的电网互联,而不能只是局限在本国电网建设。”历史上,欧洲各国为了满足本国的需要都各自在国内建造电网。这给国家间大规模的风电输入和输出带来了极大的不便。

 

    彼得·约根森强调说:“电流的走向不应受国界限制。为了保证风电和其它可再生能源的更好开发,我们必须以商业化的方式运营风电,使其抵达最需要电的用户那里。”他认为,这就是必须扩建无国界电力高速通道的原因。

 

  新的泛欧洲间的合作

 

  其它欧洲国家其实也长期受到电力输送受阻的困扰,这就是来自于欧洲各大电网运营商的50名专家会聚一堂的原因。他们要讨论更紧密合作的可能性,以解决大量风电并网的问题。

 

  “这是欧洲各国第一次共同商讨如何解决电网扩建和运营的问题,也是第一次讨论未来风力发电场的选址问题,”系统分析师安特耶·奥斯说,“我们要讨论必要的合作框架的条件,包括电网间协作的规则,以及如何运营风电市场等问题。”她还说:讨论是建立在风电问题必须通过对话机制解决的共识上的。安特耶·奥斯也是丹麦国家电网公司参与欧洲风电并网研究项目的代表。

 

  欧洲风电并网研究项目(EWIS)现有13个欧洲成员国。

 

  她说:“欧洲各国的电网必须尽其所能,在保障电网安全的同时,接纳风电并网。电流总是流向阻力最小的地方,这是物理法则。因此,我们必须合作建造优质电网,提高应对并网功率波动能力,以保证风电顺利并网。”

 

  各种可能的情况

 

  欧洲风电并网研究项目正在研究风电和其它电力之间各种可能的相互作用。挑战之一就是找出技术和市场的最佳结合方式。要讨论解决的问题包括电网扩展需求,重新评估市场规则,以及在电网互联的情况下电网容量及灵活性进一步扩展的可能性。

 

  “我们需要了解,比如,一旦在德国出现短路,对丹麦的电网有什么影响,或者在丹麦出现类似情况对德国的电网有什么影响。有哪些风险我们需要预测?工程的成本大概是多少?有哪些与环境保护或用户利益相关的因素会影响到发电能力的共享?这些问题只有各方共同研究才能得到答案。”安特耶·奥斯强调。

 

  尽管有的时候看起来把欧洲电网联结起来不大好实现,但是这是使能效保持高水平的唯一办法。“如果没有足够的知识来保证未来电力系统的协作,以及明确由谁来负责不同体系的电网扩建,那么整个欧洲为此付出的努力将变得昂贵而低效。”

 

  “如果丹麦要实现其入网电量50%来自可再生能源的目标,所有系统必须协作起来,尤其是电力系统的内部协调。”她说。

 

  可观的太阳能和风能


  彼得·约根森说:“如果欧盟要实现到2020年可再生能源占总能源消耗20%的目标,所有国家就必须接受电网联网合作的条件。”

 

  “增强欧盟之间电力互送是我们降低对化石能源依赖的前提。”换句话说:理想的情况是,电网建设必须保证光电和风电可以送到欧洲最需要电力的地方。比如当北海海面肆虐的风暴可以通过位于荷斯礁的风力发电机把电力传输到西班牙。而当丹麦没有风时,环保的太阳能也可以从西班牙的太阳海岸输送到丹麦。

 

记者:德国和欧洲其他国家正在经历能源转型浪潮,您如何看待能源转型中的智能电网技术?

 

  Kreusel:“智能电网”一词,预示着电力系统整体自动化水平的发展。而在欧洲,未来更多的自动化技术将出现在那些目前自动化仍不足的地方——特别是中低压电网、区域的配电网。

 

  原因何在?能源转型带来的可再生能源发展,这意味着发电单元数量的迅速上升。屋顶光伏等民间发电单元在中低压直接并网,这部分电网对远距离遥控和监督的需求也就自然上升了。因此,在电力系统的历史上,我们首次面对着这样的挑战:要让绝大部分的电网都实现自动化。

 

  考虑到以前电网的技术革新,比如高压输电的发展,往往由电网公司推动着技术革新,而如今要在区域和低压电网中推动技术革新,我们主要面对的是普通的消费者,他们难以负担自动化设备所要求的大量投资。因此,这部分的自动化技术发展,将需要大量积极的参与者提出解决方案。我认为,这一情况未来将会推动一次设备和二次设备结合的趋势,因为在低端配电网络,你不能继续将这两部份分而治之,而是要统合起来形成一体的智能化,而这种转变现在才刚刚开始。

 

  记者:对电力系统而言,能源转型的挑战主要来自哪里?

 

  Kreusel:德国的中低压电网目前面对着电压稳定性的挑战。可再生能源广泛在中低压并网,意味着客户现在需要安装有载电压调整器等设备,需要更新一次设备,也需要有强大的控制系统——这颇有难度,原因是在制度机制建设之上,牵涉到纯技术之外的话题。

 

  德国过去十年来积极地为可再生能源给予补贴,在能源转型的第一个阶段,只是简单地在系统里增加可再生能源,此时它们规模尚小,电网受影响不大;而在第二阶段,随着可再生能源比例上升,电力传输的容量和功率不足等问题在局部开始出现,但此时我们依然可以通过不同强化系统的手段来解决问题。到了现在和未来的第三阶段,可再生能源并网在一天不同时间出现,其发电量超过了基本负荷——这种情况下,现有的系统将无法控制无功功率平衡问题。

 

    德国目前的发电装机总量在30000MW——来自150万个发电单元,忽然之间,你需要去协调调度150万个发电单元。如果他们能够一直并网发电,这还没什么问题;但当他们的发电超过系统所需用电量时,就必须进行调度。我们需要有效控制分布式发电,我们需要在可再生能源输出过剩时减少发电量。然而,目前根本没有技术和交流机制可以实现这一点,即使你可以减少可再生能源发电量,旋即面对另一个问题:怎么减?用什么样的排序去减?

 

  我认为,这是个真正的挑战,这一挑战将定义智能电网。我们必须要有新的调度机制和市场机制,可以允许我们进行上述调度操作,并保证这些操作的公平性。这是一个尚未解决的重大问题,也是智能电网的真问题所在——这不仅是技术挑战,更是系统和制度的挑战。在这一点上,电力系统也许可以向电信领域取经。

 

  记者:如何理解您所说的制度挑战?

 

  Kreusel:在传统的电力体系中,系统操作者(TSO)是潮流控制者,他们只需要和大型发电厂沟通,就可以进行调度。但是在能源转型中,TSO忽然间面对着成千上万的小型可再生能源并网者,调度者需要知道这些分散的并网者,他们的数量有多少,他们的地理位置在哪里——但这在目前根本无法实现。因此目前而言,电力领域讨论最多的议题之一就是建立信息交流机制问题。

 

  今天,我们尚可通过逐渐增加的人工调节干预调度,但这绝不该是未来的解决方式。未来最理想的状态应该是在强大的信息交流体系下,让可再生能源调度实现高度自动化,一旦有可再生能源新单元并网,系统操作者就能够得知,或者有渠道获取信息。这种情况并不是单凭技术就能解决的,还需要一个政治决策,去实现信息机制和技术储备。从这个意义上说,智能电网不仅是个技术挑战,还是个政治决策推动电力系统创新的挑战。这是前所未有的情况。


 


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