光伏风电并网难?看国外如何曲线突破

来源:发布时间:2016-02-26 09:20:59

Andrés Seco先生戴着一条翠绿色的领带。他指着上面的卡通图案,笑眯眯地问它是否有趣。他所指的图案是黑色的风筝、黄色的闪电和金色的钥匙。“你想起了什么?”

“本杰明·富兰克林!”他站在一旁的同事迫不及待揭晓了谜底,开始比划富兰克林用栓钥匙的风筝捕捉雷电时,被电击的情景。

绿色与研究雷电第一人——西班牙电网公司(Red Eléctrica de Espana ,REE)系统运营部总经理的这条领带似乎是西班牙电网发展轨迹的一个浓缩:2013年,23%的电力需求由风电满足,同时整个可再生能源发电比例占到了42%——这个数字在今年上半年上升到了54%。“差不多一半的电力是绿色电力,是零碳排放的。”此外,REE也致力于研究储能技术,“Almacena”储能项目和Lanzarote岛飞轮储能项目都让人耳目一新。

电网结构灵活性独一无二

笔者:西班牙位于伊比利亚半岛上,目前仅与葡萄牙以及法国南部相联,进而与欧洲电网相联,与欧洲其他国家电网的连接并不十分紧密,类似于“电网孤岛”。去年,风能取代核能成为西班牙第一大电力来源。可再生能源有着不稳定的特点。在这种情况下,西班牙的做法可以说是勇气可嘉吗?

Andrés Seco:是的,西班牙是世界上第一个、也是唯一一个风能成为第一大电力来源的国家,在去年的电力结构中,风力发电占23%,可再生能源发电占42%。在今年上半年的电力结构中,可再生能源发电占到了54%,这比去年有所上升。但是,也有一件非常有意思的事情。你猜一下今年9月份最主要的电力来源是什么?是煤炭发电。

因为9月份风能资源不足,也没有充足的水电,同时核电站还因为检修而关闭。所以,西班牙电网系统的神奇之处就是,我们可以用可再生能源发电满足超过一半的电力需求,也可以用煤炭发电满足25%的电力需求。可以说,西班牙电网的灵活性在世界上是独一无二的。因为我们除了风能和太阳能之外,其他能源比较缺乏,同时我们和欧洲其他国家的联网并不十分紧密,所以唯一能保证电力供应的方式就是多样化的电力结构,我们重视每一种能源。

这种多样化带来的并不是困难,而是持续的挑战。我们是输电企业,不是发电企业,我们不能决定电力结构,它是由市场决定的。我们需要做的是在任何情况下都能做好电网的运营和调度。对我们来说,电网大量接入可再生能源并不会带来危险。

因为在电力调度控制方面,我们一直致力于研究应对的工具和系统,以便让可再生能源更好地大量地并网。风能的比例可以达到65%,可再生能源的比例更可以超过75%。这不仅是因为调控中心或是智能电网,同时也是因为人才。我们有超过200名的专家在可再生能源调控中心工作,他们在可再生能源并网领域拥有超过10年的工作经验。

笔者:超级电网是REE战略发展的重点之一,为了加强邻国的联网,REE做了哪些努力?

Andrés Seco:这是个好问题。目前我们与三个国家有联网,有欧洲的法国和葡萄牙,还有北非的摩洛哥。西班牙与摩洛哥的联网,是欧洲与非洲唯一的联网。我们对于向非洲、向摩洛哥供电非常骄傲。目前除了摩洛哥之外,我们还在研究参与到其他非洲国家的联网中来。

我们不会作为投资商去投资新建新的电网,而是以非洲各国政府或企业投资的推动者去完成这一想法。欧洲全面联网在目前来说是很困难的,原因很多,最基本的是社会方面的原因,当然还有许可证和批准程序的原因,你需要挨个国家挨个地区地去问去协调,就算是一条三四十千米的线路,你都可能要花费5年到10年的时间。

明年,REE和法国RTE合作建成法国和西班牙之间的跨国高压直流联网,这条新的电缆是一条地下电缆,穿过了比利牛斯山脉,容量比目前已有的电力交换的容量都要大。它建成后,将让西班牙和法国之间的电力交换总容量翻倍。REE已经花费了超过20年的时间去推动、建设和运营这条线路。


除此之外,我们还在建一条西班牙和法国西海岸之间的海底电缆。目前,我们正在对这一项目进行研究。如果一切顺利,这一项目将在2020年或2021年完成。此外,我们现在还在建三条穿越比利牛斯山的新线路。我们新建这些跨国线路的目的是在2020年以前,获得至少占西班牙装机总量10%的电力交换,目前,西班牙拥有100000MV的装机容量。

新能源并网率大于99%全赖CECRE

笔者:您刚才提到了可再生能源调控中心,我知道它是REE在2006年设立的,它与传统的控制中心有什么区别,专门设立这样一个调控中心的初衷是什么?

Andrés Seco:对的,这个调控中心名叫CECRE(Control Centre of Renewable Energies),是专门为调控可再生能源而设置的。CECRE是独立的,是对原本的调控中心的一个补充。它们相互连接,实时监测电网信息。我们为CECRE设置了专门的调度员,他们和控制中心的人在一起工作。CECRE建立后,很多工作都具有里程碑意义。

但是我觉得最重要的是,我们能够随时接入几乎所有可再生能源。所以西班牙不能并网的可再生能源少于总量的1%。我给你举个例子。在我们的邻国葡萄牙,他们的这个数字超过10%,也就是说他们只能利用90%的可再生能源,而剩下的不能接入电网,因为他们没有像我们一样的可再生能源调控中心。据我所知,在中国这个数字达到了15%-20%。

有了CECRE,也许可以降低这一数字。另一个重要的因素就是我们与其他电力机构的合作。西班牙在可再生能源并网方面的奇迹,来自于CECRE,也来自于这种合作。目前我们拥有超过60家二级调控中心。有别于从单个风电场获得数据,我们从这些不同的二级调控中心获取数据,这些调控中心都是归其他电力企业所有,例如新能源发电企业、零售商、负荷代理商等。

这个数字还将随着更多可再生能源的接入而继续增加。6年前,我们还只有15家,随着市场的变大,这个数字达到了现在的60家。光有CECRE,没有这种合作,这种奇迹是不可能发生的。建立二级调控中心并不十分昂贵,这些机构需要做的就是在通信设备和实施监测设施上进行投资,相比其他电网投资而言,这项投资微不足道。

笔者:REE在可再生能源并网和储能技术方面有哪些创新?

Andrés Seco:我们参与了ERDF(欧洲区域经济发展基金)的“R&D+i”项目,其中有两个研发项目与储能技术有关。第一个项目叫做“Almacena”,在西班牙语中就是“储存”的意思。这个项目包括现场安装的储能系统,这个系统最关键的是一个锂离子电池,它能提供1MW的能量,其容量最小为3MWh。这个系统被安置在REE的400/220kV变电站中,简单来说,它的作用是评测目前这类设施的技术性能,让可再生能源并网更安全,同时提高整个电网的运营效率。这个项目从一年多前开始,至今还在进行当中。

第二个项目非常美好,因为它在世界上最美的岛屿之一Lanzarote岛上进行。Lanzarote是加纳利群岛之一,是一座火山岛。REE投入运营了一座66kV变电站,其设备中包括重三吨、直径约1米的飞轮(flywheel)。飞轮是一种旋转装置,它能够将电能转换为动能,相对应的,它也将动能储存起来,在系统需要的时候,将动能转换为电能。

这个项目想要通过运用飞轮储能技术,研究和分析有限能源储存系统的典型特征,同时,也看看它将来在小的电力系统或更大电力系统中的运用前景和优势。同时,这个飞轮系统还将有助于应对在预先设定的系统频率(西班牙是50赫兹)中的突然变化,从而让系统更为稳定。在小的电网系统中,它能在断电时减少响应时间并保持电压和频率的稳定。

这个飞轮系统在上个星期五(10月24日)正式投入使用。当天,我和其他REE同事、加纳利当地政府有关部门负责人,还有许多媒体都到场了。在西班牙,这是一件非常受关注的事情。Lanzarote岛上风能资源丰富,他们还希望更大力地发展风电。

在小电网系统和孤立的电网系统中,要想提高可再生能源发电的比例从而满足用电需求,对我们而言,唯一的办法就是依靠能源储存,通过电池或是通过这种飞轮。我们更倾向于飞轮。想象一下,你拥有一个风场,他们并网发电了,但风能是不稳定的,一旦没有风了,就需要火电机组顶上去。现在我们需要4到5秒的时间,但这个时间太长了,所以我们还在努力缩短这个时间以保持系统的稳定。飞轮能够保证电源在风力发电和火力发电中平稳切换。

将建电动汽车控制中心Cecovel

笔者:在你们的网站上我看到了一个实时电力需求和供应程序。大家可以随时随地在电脑端、智能手机端上查看信息。这样一个程序是为谁而设计的?它能够改变用户的用电行为吗?

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Andrés Seco:我们的责任是向全社会透明地公开西班牙的电力需求和供应信息,但是对不同的用户设置了不同的页面和权限,这个程序可以在ISO和Andriod系统手机上运行,也可以在PC端查看。我们希望全社会都有机会去获知电力信息。实时信息主要包括需求侧信息、可再生能源发电情况、电力结构、电力联网情况以及当日和下一日的电价。借助这一程序,西班牙任何一个电力用户都能查询电价,如果能合理用电,就能帮助用户节省超过20%的电费开支。

根据统计,访问量大约是30万人次/天,大概是1000万人次/月。我们希望全社会都能很好地应用这一工具。我们拥有来自30多个国家的访问,所以我们不只是面向本国,也面向全世界。

但是,唯一能改变一个人用电行为的只有他自己。我们不能、政府也不能改变用户的用电行为。我们的目的只是给大家提供清晰的、透明的信息,以及辅助决策的工具。但是,是否改变行为,要他们自己来决定。在这种情况下,我们是指导员,我们给政府、监管机构、发电企业和全社会关于合理用电的解决方案。

智能电表并不是必须的。如果用户安装了智能电表,他就可以每个小时都对用电情况进行控制,这样会更有效率。如果没有也不要紧,只要有了政府建立的电价系统,他也可以完成省电的目的。也许不会是最高效的,但已经足够让用户完成省电行为了。目前,我们大约拥有2700万的国内用户,差不多三分之一的用户都已经安装了智能电表。法律规定,在2018年之前,所有西班牙用户都必须安装智能电表。

在用户每个月的电费单上,个人的平均用电结构都会表示出来,这是政府和监管机构所要求的。尤其在西班牙,这是有必要的。由此你可以知道,差不多一半的电力是绿色电力,是零碳排放的。

笔者:今年GO15会议专门对电动车的发展进行了圆桌讨论,目前西班牙的电动车发展面临什么样的情况?

Andrés Seco:我把电动车分为两个部分。第一个部分是高速列车。西班牙在这一方面处于世界领先地位,我们向其他国家出口高速列车,目前这是最高效的、智能的电动车。所以,如何让高速电动列车很好地接入电网是一个挑战。

它们的电力供应直接来自于输电网,但是列车是沿着轨道高速运行的,这个速度大约是300km/h,所以要让它的负荷接入电网非常困难。因为它在移动,要面对输电线路上不同的变电站、不同的负荷、变化的电力需求。但是,西班牙每天有40至50辆列车在正常运转,在这一点上,我们作为领先者感到非常骄傲。

另一个方面是小一些的电动车,轿车、摩托车、出租车、卡车以及自行车等。根据西班牙汽车和卡车制造商协会(ANFAC)的数据,西班牙在传统汽车制造方面全球领先,位居欧洲第三名,落后于德国和法国。西班牙传统汽车产量占全球汽车产量的25%多,现在西班牙还正在制造五款电动汽车。绝大多数的电动汽车制造商都是出口商,主要向欧洲其他国家出口。

但是,国内电动汽车的保有量还是少于预期,因为政府还需要重新制定电动汽车的相关政策。现在的情况是,我们有电动汽车制造商,他们贡献了很重要的一部分产量,我们的电网能够满足每天超过100万辆汽车的充电需求,不需要另外再在并网充电方面进行投资。现在大约有300万辆电动汽车、混动汽车奔跑在西班牙的马路上。

此外,我们还需要在充电设施方面进行投资,其中最基本的是快速充电设施。另外,我们需要进行投资的是大数据系统,用以管理电动汽车的数据。就像我们针对可再生能源并网成立例如CECRE一样,我们也需要针对电动汽车建立一个控制中心。现在这样一个控制中心正在建设中,它名叫“Cecovel”。我们的目的是复制多年前建立CECRE的成功经验,建立一个“传统的”控制中心来满足非传统的电力需求。 

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