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这时候会倒逼着新技术进来

作者:亚博下载 发布时间:2021-01-27 16:29 点击数:

  从宏观来讲,“新能源发电”和“微电网技术”是相互依存的两个技术,在研究和应用领域的绝大多数情况下,都是共生的。论其前景,也有技术和政策两个层面。

  首先对“新能源发电”和“微电网技术”中的一些关键技术和概念进行明确。一方面是为了明晰一些容易模糊的概念,二是便于梳理两者之间的共生关系。

  “发电”自不必说。关于“新能源”,有必要明确下与“可再生能源”的区别,二者的范畴经常被混淆。

  可再生能源指的是在自然界可以循环再生的能源。通常包括风能,太阳能,水力资源,生物质能,潮汐能等等。

  新能源是一个相对的概念,指以新技术和新材料为基础,使非传统能源得到现代化的开发和利用的能源形式。

  举两个例子进行明。1. 核能。核能是利用核聚变、裂变,释放出核矿石内的能源,不属于可再生能源。但核能尚不能归类为常规能源,从分类上属于新能源。2. 水能。水力资源毋庸置疑是可再生资源,但因已广泛应用,属于常规能源,不属于新能源。

  微电网是将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。用下图表示更形象一些。

  微电网,从字面上就很好理解,微小的电网系统,可谓“麻雀虽小,五脏俱全”。整体来讲,微电网技术有许多优点:1. 可以充分利用一切可以利用的发电资源,主要以可再生分布式能源;2. 可以就近消耗,避免长距离输电的损耗和高额投资;3. 可灵活调整发电容量,改造费用小;4. 可离网运行,也可并网运行,可靠性高;5. 对于大电网来说,微网是一个可控单元,可有效减少间歇电源对大电网的冲击。

  新能源及可再生能源可以有效的解决能源的短缺问题及相关的环境问题,但新能源发电技术的不够成熟和诸多限制因素制约了新能源的广泛利用。发电作为微电网中的重要一环,有诸多技术保驾护航,分层次多维度的运行控制技术,日益完善的储能技术,电力电子技术的全面应用等等。这些都有效的保证了新能源(及可再生能源)以分布式的方式,融入到微电网之中,使整个微电网在保证电能质量的前提下高效运行。

  什么是好的前景,用一个通俗的比喻,不光要有市场,还要卖得出价。市场即是有空间,有实际需求;有价,即自身有技术含量,可以在不断的技术完善和革新中,巩固并继续开拓市场。接下来,就从宏观政策层面以及相对微观的技术层面分析下前景。

  新能源和微电网与一般的日常快消品不同,它的需求不是用户一个赞就能提升的,要依靠相关部门和企业实打实的来规划和投资,其宏观层面和长远战略的意义更多,所以其市场自然离不开政策的支持和引导。

  国际能源署近两年一直在倡导低碳转型。低碳转型的关键就是推进可再生能源和新能源在能源结构中的比例。

  在国家发改委公布的“十三五”控制温室气体排放工作方案部门分工中指出,2020年控制煤炭消费总量在42亿吨左右,基本形成以低碳能源满足新增能源需求的能源发展格局。

  2017年初国家能源局出台2020全国各省可再生能源配额制,推动能源生产和消费革命的总要求,促进可再生能源开发利用,保障实现2020、2030年非化石能源占一次能源消费比重分别达到15%、20%的能源发展战略目标。

  2017年2月7日,国家能源局发布《微电网管理办法》(征求意见稿)。文件中指出,微电网作为“互联网+”智慧能源的重要支撑以及与大电网友好互动的技术手段,提高电力系统的安全性和可靠性,促进清洁能源的接入和就地消纳,提升能源利用效率。

  2017年6月21日,国家能源局电力司司长黄学农在青海某高峰论坛中的演讲中指出,近期将出台《推进并网微电网建设试行办法》,推进微电网可中断负荷,解决远距离大容量跨区直流充电故障影响安全稳定运行问题,提高受端电网的适应能力,满足受端电网供电可靠性。

  2017年4月1日,国家发展改革委正式公布《国家重点节能低碳技术推广目录》(2017年本低碳部分),指出,未来五年国内微电网工程将建设逾300座,预期推广比例将达到5%,项目投资将达到5亿元,可形成年减排二氧化碳能力约20万吨。

  以上是摘录的一部分政策相关内容,从国际角度,到国家层面,再到各省、各市,都在不断的发布相关政策,布置相关的投资,引导新能源的推广和微电网的建设。在这种环境和形势之下,不难预见,接下来的若干年,新能源和微电网将迎来一轮迅猛发展。另一个角度来看, 有市场的地方就有江湖,更多的学者、课题、试点、工程都将在这个领域中百花齐放,自然也将进一步促进着相关技术的进入和市场的不断延伸。

  新能源的概念已经存在了很多年,但一直没有得到真正高速的发展,更多是由于很多能源的受限因素太多,以及发电技术的不够稳定。比如风电机组,受风资源的影响很大,即使有很多微观选址的相关研究与应用,但在实际应用中仍存在着风机出力不稳的问题。近几年风电和光伏的迅速推广,很大得益于国家政策的补贴政策,而弃风又成为了投资之后需要解决的问题。

  虽然微电网很大程度上解决了新能源不够稳定的问题,但就新能源的能源种类和技术角度来看,还有很大的提升空间。所以,从前景来讲,新能源的发展方向无非两种:更多种类能源的开发,以及发电技术的成熟化推进。

  一是新能源的发掘。更多种类能源的可能性,也将开拓更多的发电途径,各类资源能够被充分的利用。另一方面,能源的多样性,也将促进不经济、不可持续能源的加速淘汰。

  二是新技术的研究。加速发电技术的成熟化进程,将推进新能源发电的产业化进程,使得新能源发电与传统常规能源相比,有更大的竞争力。

  微电网是未来智能配电网实现自愈、用户侧互动和需求响应的重要途径,随着新能源、智能电网技术、柔性电力技术等的发展,微电网的发展前景也将更加广阔。

  一是微电网将促进多种能源综合利用。微电网可以有效解决远距离输电问题,也就可以就多种能源更直接地连接在一起,真正实现多种能源的综合利用。加之微网自身多层次多维度的运行控制技术,可以更高效的实现多种能源之间的协调。

  二是微电网将与配电网实现更高层次的互动。微电网接入配电网后,将与配电网形成新的互动和可能。当更多的微电网项目投入运行,微电网之间协同也将成为新的突破口。通过微网内能量优化、虚拟电厂技术及智能配网对微网群的全局优化调控,逐步提高微电网的经济性。实现更高层次的高效、经济、安全运行。

  三是微电网将承载能源与信息双重功能。微电网与能源互联网有一定的相通性,在一些观点中,微电网被视作能源互联网的先行兵,在微电网这种高效互联的结构中,除了能源的互联,通信网的设计与建设也是相当重要的内容,同时,高效的通信网也是实现精准控制的关键技术。

  当然还有更多可能性,包括更多微电网各环节的深入,也将迎来新的发展前景和空间。

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  新能源发电和微电网技术在中长期时段(5-10年)的发展前景是非常好的,但短期内这两项技术各自有需要突破的环节,大范围应用有困难。笔者在本文主要以国内的情况为例与知友探讨。

  先从新能源发电说起。新能源发电一般指使用除化石燃料等传统能源(如煤炭)外的能源形式发电,例如太阳能、地热能、风能、核能、生物质能、海洋能和氢能等。

  可以看出,新能源发电的手段多种多样,可以根据不同地理环境的特点将不同的能量形式转换成电能。同时,由于这些能量形式不像化石燃料会在燃烧时产生大量污染物,新能源发电更加清洁。(当然,新能源发电设备和系统的制造和建设过程中也会产生能源消耗和污染。)

  从长远来看,新能源因地制宜和相对清洁的特点的确符合人类社会的需求,既可以解决人口增长带来的能源需求,也可以降低能源生产中对环境造成的影响。值得注意的是,解决环境问题不只是简单解决了空气和水资源的污染问题,还可以同时解决环境污染带来的社会问题、健康问题甚至是生态平衡问题。

  所以尽管目前的新能源发电的发展遇到了不少困难,绝大多数国家和政府还是将其列为势在必行的能源解决方案。这就是为什么新能源发电中长期的发展前景很好的原因。

  新能源发电设备和系统的发电成本偏高,相对于已经形成集中效应的传统化石能源发电系统,新能源发电设备和系统的每瓦建设单价往往较高,加上使用寿命较短和维护不到位等情况,造成总体发电成本较高。

  由于设计理念和材料限制,目前的新能源发电能量转换效率较低,如光伏普遍不足20%

  ,但是其集中效应好以及可控性高等因素使其实际成本降低不少。要克服这一点,需要对新能源发电设备和技术的研发进行持续的长期的投入,不管是通过创造新的发电材料还是采用新的能源形式,都需要进一步降低其发电成本。不过,回顾过去的十年,新能源发电的成本每五年即可下降30%~50%,如果继续保持这个势头,那么新能源发电的竞争力将很快到达和传统能源一决高下的水平。另外,为了鼓励新能源发电的发展,国家和地区政府也推出了合理的补贴政策(补贴对于新能源发电的发展有时候是一柄双刃剑,此处暂不赘述)。

  例如,光伏发电适合在辐照度和辐照时长较好的地区发展,风力发电则需凭借当地的风资源,更不用说潮汐能、地热能等需要更特殊地理环境的发电方式了。这种由地理条件决定发电方式的特性导致新能源发电设备和系统的建设无法紧跟真正的能耗需求走,特别是对于我国这种优质风、光资源普遍分布在西北,而用电需求集中在东南沿海的情况,新能源发电较难覆盖真正的需求。长距离的输电产生的系统建设成本以及电能损耗会进一步加剧新能源发电的实际生产成本,从而制约其发展。对于这种情况,可通过建立特高压输电线路等方式可以把西部相对丰富的新能源发电资源对接东南部紧俏的用能市场,但如之前所说,特高压输电的成本和技术成熟度也有待进一步优化;另一种解决方式,就是将部分耗能产业由东向西转移,但这又涉及到整个产业链和配套设施、服务的转移,非朝夕可以完成,但总体是符合我国发展西部的规划方向的。

  由于大部分新能源发电的源头是自然能源,如日照、风吹和潮汐等,它们的发生虽然有迹可循,但频率和强度大多都不可人为的控制。

  新能源发电可以说是看天吃饭,对于发电量和发电时间的波动,人们只能被动接受。这个特点对于规律性的人类生产活动来说非常糟糕,既有可能发电的时候用不了,造成了浪费;又有可能用电的时候,发电量不够用,影响生产生活。不但如此,电力系统的特性决定能源的生产者应该尽量稳定以保证整个系统供给电能质量的稳定(电压和频率的稳定),这对于用电的设备和相应的生产活动非常重要。不稳定的电能会造成用电机器的运行状态不稳定从而影响生产,如导致制造业出现次品等。这样的特性决定了新能源发电要么仅作为传统能源的补充,以较小的占比来减小其不稳定性对电网系统造成的影响,要么就需要用储能设备来调整其发电的质量以及时间段。减小新能源占比不利于新能源发展,但是使用储能设备目前来说成本较高,较难体现经济价值,难以大范围使用。所以远期来看,储能技术的发展是解决新能源发电不可控性的方法,和新能源自身的技术水平一样,都需要持续的长期的投入,并非短期可见成效之事。

  说到储能和新能源发电多种设备配合的场景,就刚好可以引入第二个主题,即微电网技术的发展。

  微电网(Micro-Grid)一般指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。可见微电网其实是一个完整的小型电力系统,它有两个主要特点:第一是微电网对内部设备和系统具有完全的控制和调度能力;第二是微电网既是发电侧又是用电侧。这两个特点决定了微电网技术是符合电力系统发展的两个整体趋势,即通过增加分布式能源系统的数量和种类来改进能源结构(增加新能源和清洁能源占比、多能互补)和整体系统效率(减少远距离输电损耗和增加系统调峰能力),以及通过产消者(prosumer,既是发电侧又是用电侧)的出现提高能源系统需求响应能力(进一步增加系统调峰能力降低调峰成本)以及互联互通能力(能源交易市场化降低用能成本)。

  具体来说,对于第一个趋势,微电网技术可以让内部能源的使用更加合理,多种能源相互补充,从而在提高整体系统效率和降低用能成本的同时增加新能源和清洁能源的占比。例如储能和光伏的互补,可以解决较大容量光伏接入系统所造成的稳定性问题。

  由此可见,微电网的多能互补能力让更多分布式能源的就地消纳成为可能,从而减少了远距离输电的损耗,也减少了碳排放量。同时,通过合理控制分布式能源和储能设备,微电网可以帮助大电网调节高峰时刻的用电压力,变相提高整体电力效率,降低电网建设成本。再进一步,因为有了发电能力和完全的自控能力,微电网不但可以合理响应电网或周边区域的能源调度,还可以自主参与市场化的能源交易和竞争,同样可以减少电力系统调峰压力和整体用能成本。所以从中长期看,微电网技术的发展既是顺应潮流的结果,也是引领潮流的关键。

  尽管如此,短期内微电网技术也有不少阻碍。阻碍主要来自于两个因素:一个是内因,即微电网自身的技术和底层设备功能的限制;二是外因,即电力系统相关政策的滞后性。

  从内因来看,微电网技术还需要持续地发展。比如,为了精准高效地实现多能互补和设备控制,微电网不但需要通过实时反馈的电信号来作为控制动作的判断依据,更需要对短期乃至中长期系统运行情况了如指掌。也就是说,微电网的高效控制离不开高精度的发电和负荷预测。这种预测需要同时考虑环境(温度、湿度、辐照度和风速等)、经济(能源价格、用户侧生产活动历史数据等)、系统当前状态、历史运行数据和运行目标等因素来建立数学模型并应用得出准确度较高的发电和负荷预测,之后用预测结果指导和优化整个微电网系统的实时控制策略。这个从建模到预测再到优化的动态智能化系统能够帮助微电网实现资产和能源使用效率的最大化。但是说来容易做来难,即便现在人工智能和各类高级算法已经在各行各业中已经尝试应用,但要真正体现效果并产品化,以及和底层的电气设备、控制终端无缝配合还需要一段时间。除了控制技术的发展需要时间,微电网内分布式发电设备和储能设备的成本也是制约其快速发展的一个因素。如文章前部分所述,大多数分布式能源是新能源,他们的成本需要通过技术积累才能慢慢下降到市场可以普遍接受的水平。当然,成本的相对偏高也和外部环境不无关系。

  对于微电网来说,外部电力系统的政策非常关键。政策不仅局限于对于某种应用的补贴,更是有关于电力输配是否能真正分离、电力交易是否能真正市场化。只有真实开放的电力交易市场才能够孵化出有效的业务模式,也才能够真正推动微电网和相关技术的发展。当然,电力系统或者能源系统作为国家命脉,其主要目标是保证能源的可靠供应。

  综上所述,新能源发电和微电网技术的未来可期,而且能源相关行业的更新换代总是会带动大量的产业发生变化,由此衍生出的机会,甚至可能是改变人们生活方式的契机。

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  新能源和微电网都会是必然到来的未来,只是以什么样的姿态和什么时间到来的问题。

  新能源市场基本是这么个情况:有补贴,大量上马,为了骗补,提升产能,继续大量上,市场饱和,补贴减少,前期玩票的要么赚满走人,要么割肉走人。然后呢,一大堆新能源电站低价转手,接收人想挣钱,只有想办法把更多的电卖出去。这时候会倒逼着新技术进来,把大量风电,光伏等等电站拉一起,搞微网,搞虚拟电站,搞储能调峰调频,平衡彼此发电效率,把国网调峰调频的事情自己做了,这样才能更好的跟电网要上网电价。

  当迎来一个标准的纽约晴天时,住在美国布鲁克林区斜坡公园的玛赛·卡梅伦家就会发生一件不太寻常的事情:她家的电表会开始

  。这是因为在卡梅伦家——这座极具布鲁克林风格的褐色砂石楼的屋顶上,18块光伏板在阳光充足时所生产的电力超过了卡梅伦的需求,多余的电力被输送回电网,所以电表开始倒转。

  在2010年,卡梅伦家是社区中第一个安装光伏发电系统的家庭。但不久后,其他五位邻居也陆续安装了太阳能发电系统。在西门子和新创能源公司LO3的帮助下,这些太阳能系统随后组成了一个基于

  这项技术早在电气时代之初就已经存在,早期的电网基本上都是微电网:电力在本地生产和消耗。而随着时代发展,覆盖国家甚至跨越多个国家的大型电网开始占据主导。电力的生产方式变成了由大型的发电厂集中生产电力,并通过高压输电网输送到城市和工业中心。

  在布鲁克林,这个微电网的电力来源正是社区居民所安装的太阳能板。这种能源与天气有着紧密的联系,当阴天时,居民的用电将依旧来自附近的常规电厂,所以电网的灵活性至关重要——它必须具有能够随时接入并脱离电网运作的能力。

  而作为纽约州的居民都很难忘记2012年的桑迪飓风袭击期间一片黑暗的纽约,但这次飓风袭击也让纽约老旧的基础设施暴露出许多问题。所以在布鲁克林的微电网中除了拥有安装于楼顶的太阳能光伏系统,西门子还为其提供了能源储存解决方案,使得这个微电网能够在遇到自然灾害时独立运作。在下一次遇到像飓风这样的紧急情况时,微电网至少能暂时保证照明系统的正常工作,从而减少造成的损失。在未来,当人们最终适应太阳能发电的模式后,可以实现在阳光充足时自动对电动车和能源储存单元进行充电,并在电价高峰时从储存单元中使用电力。

  许多人都认为区块链技术将在金融业大有所为,这种端到端的商业模式非常经济且高效,但它也为能源交易带来新的局面:LO3能源公司为布鲁克林微电网中的用户提供了一个基于区块链技术的平台“TransActive”,这个平台可以在没有任何中介的情况下记录每一笔电力的交易情况,而消费者还可以通过自动拍卖来决定为每千瓦时的电力支付多少钱。

  的模式具有很大的潜力。据统计,全世界通过区块链进行管理的资产总和达到了16亿美元。根据加密货币平台Coinmarketcap统计,这些资产在2013年至2016年间实现了1600%的惊人增长。而仅在2016年的前九个月区块链相关的初创公司就收到了将近14亿美元的投资。

  为使这一切成为现实,区块链平台和微电网还需要一个监管体系。在纽约州,这个体系是由

  机构提供的。该组织的目标是:增加可再生能源的份额、降低能源成本以及弥补能源供应系统的弱点。布鲁克林微电网正是为达成这些目标而进行的一次尝试。

  西门子认为:微电网将在未来的能源系统中扮演重要的角色,而区块链技术将提供巨大的支持,因为它使得每个微网内所进行的能源交易更为容易。

  新能源,尤其是屋顶光伏的大量的接入,直接导致的就是电力公司售电量减少。为了分摊其运行成本,电力公司唯一能做的就是提高电价。提高的电价则作用到了装不起光伏的穷人身上。

  微网也是如此,微网最终将让电力公司对高风险运行状态下的停电变得肆无忌惮。反正你们有微网,停个48小时的电还撑得住。而那些没有微网的低收入社区,只能是遗憾地被代表了。

  所以,新能源微网千好万好,既能降低碳排放,还能增加电力系统的resilience。但是,这些技术也让本来公平的电力服务变得不公平,让低收入用户在承担更多成本的同时,享受了更糟糕的服务。

  国家能源局已承诺“到2020年非化石能源占一次能源需求15%左右和单位GDP二氧化碳排放降低40%-45%”。

  1、发明更好的蓄电池,将新能源的先加入蓄电池,然后再提供给以后的慢慢兴起的电力汽车等使用;

  2、将资金用于降低线损的研究,线损可是总发电量的百分之几啊,能降低百分之一都能抵得上多少个新能源发电站

  新能源发电的缺点众所周知,已经有人提到了,就不具体阐述了。我就再补充一点替代方案吧。

  核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射,不产生核废料,当然也不产生温室气体,基本不污染环境。

  核聚变的原料是氘和氚,其在地球的海水中藏量丰富,多达40万亿吨,如果全部利用,释放出的能量足够人类使用几百亿年,而且反应产物是无放射性污染的氦。另外,由于核聚变需要极高温度,一旦某一环节出现问题,燃料温度下降,聚变反应就会自动中止。也就是说,聚变堆是次临界堆,绝对不会发生类似切尔诺贝利核(核裂变)电站的事故,它是安全的。因此,聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。

  目前国际项目有ITER,1985年提出,2005年正式立项,地点在法国,中国有参与。如果该项目能成功,下一步就可制造示范商用堆,离真正的商业核聚变发电就不远了。


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