1、1-可再生能源主导未来电网的变革 讲座者：时讲座者：时 斌斌 博博 士士 副教授副教授 22 2能源与电能能源与电能A.A.谈谈对能源的认识谈谈对能源的认识33 3煤煤燃煤燃煤电厂电厂石油石油4左手定律左手定律转动转动汽轮发电机汽轮发电机水轮发电机水轮发电机B.从电磁力发展出了电机从电磁力发展出了电机左手定律左手定律转动转动汽轮发电机汽轮发电机左手定律左手定律转动转动水轮发电机水轮发电机汽轮发电机汽轮发电机左手定律左手定律转动转动5异步电机异步电机直流无刷电机直流无刷电机伺服电机伺服电机直线电机直线电机步进电机步进电机磁悬浮列车磁悬浮列车66 6最大直径最大直径10.610.6米、高米、高5.
2、065.06米米 三峡水电站发电机组三峡水电站发电机组7070万万kWkW*2626台台=1820=1820万万kWkW7风能风能燃料电池燃料电池垃圾发电垃圾发电秸秆发电秸秆发电天然气天然气太阳能太阳能88 8 核电核电反应堆类型反应堆类型:压水堆压水堆反应堆安全反应堆安全壳壳控制控制棒棒反应堆压力反应堆压力容器容器汽轮汽轮机机给水泵给水泵循环水泵9新能源新能源风力发电；风力发电；太阳热发电；太阳热发电；光伏发电；光伏发电；生物质能发电；生物质能发电；海洋能发电。海洋能发电。风力发电风力发电太阳热发电（塔式）太阳热发电（塔式）光伏发电光伏发电10风电场风电场11太阳能电池板电厂太阳能电池板电厂
3、太阳能聚光式电厂太阳能聚光式电厂太阳能分布式聚光式电厂太阳能分布式聚光式电厂太阳能通过矿物介质储热能发电太阳能通过矿物介质储热能发电12垃圾发电垃圾发电杭州绿能垃圾发电厂杭州绿能垃圾发电厂13潮汐发电潮汐发电1 1潮汐发电潮汐发电2 2潮汐发电潮汐发电3 314电池电池太阳能电池背包太阳能电池背包氢燃料电池氢燃料电池1516太阳能汽车太阳能汽车太阳能飞机太阳能飞机太阳能供电航天器太阳能供电航天器17大力开发利用可再生能源资源大力开发利用可再生能源资源 可再生能源主要指水能、风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，具有取之不尽、清洁环保、可永续利用的特点。目前大部分可再生能源技术不够成熟，开发
4、利用成本高，需要采取措施支持其发展。世界各国日益重视可再生能源发展，欧盟提出的目标是：到2020年，可再生能源在总能源消费中达到20%，到2050年达到50%。以风电、太阳能发电为代表的新能源产业快速发展。全球风电装机容量年均增长30%，太阳能光伏发电年均增长40%以上。181.1.光伏发电发展概况光伏发电发展概况19太阳能太阳能 太阳能的转换和利用方式有光太阳能的转换和利用方式有光热转换、光热转换、光电转换和电转换和光光化学转换等。化学转换等。u光光热转换：热转换：接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用
5、于生产和生活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用的基本方式。的基本方式。u光光电转换：电转换：利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太可将太阳的光能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太阳能光电利用。阳能光电利用。u光光化学转换：化学转换：光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，这种转换技术包括半导体电极产生电面电解水产生包、利用这种转换技术包括半导体电极产生电面电解水产生包、利用氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等内容。氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等内容。20太阳能电池光
6、伏效应太阳能电池光伏效应 光生伏特效应简称光伏效应，指光照使pn结产生电位差的现象。21光伏发电市场开始起步光伏发电市场开始起步到2011年底，太阳能发电量达到1.1G瓦，占全球太阳发电 总 量 的27.5%。太阳能热水器集热面积居世界第一位。22太阳能发电系统23光伏建筑一体化光伏建筑一体化将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术，即通过建筑物，将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术，即通过建筑物，主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用绿色、主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用绿色、环保的太阳能资源生产电力。环保的太阳能资源生产电力。解决方案示意图：解决方
7、案示意图：24美国对光伏发电成本的预测2015年前后光伏发电成本与常规发电成本相交25 光伏发电成本光伏发电成本：自2011年底起，多个机构的研究结果表明，德国、意大利等国家将在2012年实现用户端光伏发电的平价上网。而在去年之前，对于用户端光伏发电的平价上网何时能够来临，仍然存在着分歧。光伏发电补贴模式：光伏发电补贴模式：欧洲：补贴上网电价，如德国最初为每度0.40.6欧元。美国：补贴电价 中国：补贴投资发展方向为补贴电价。26太阳能发电规划目标太阳能发电规划目标2020年年2000万万kW2009年年26万万kW2010年年80万万kW2010年年80万万kW272.2.风能发电发展概况风
8、能发电发展概况28风能风能 风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。利用风力机可将风能转换成电能、机械能和热能量。利用风力机可将风能转换成电能、机械能和热能等。等。风能利用的主要形式：风能利用的主要形式：1.1.风力发电风力发电 2.2.风力提水风力提水 3.3.风力致热风力致热 4.4.风帆助航风帆助航29风力发电风力发电 2011年底，全国风 电并网装机容量已达到4500多万千万。海上风电建设起步，上海东海大桥10万千瓦海上风电场已经投运。30世界和中
9、国风电发展速度世界和中国风电发展速度 The pace of the development of wind electricity in China and the world世界风电装机中国风电装机1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 200802000400060008000100001200014000年份中国风电累计装机容量（MW）199719981999200020012002200320042005200620072008020,00040,00060,00080,000100,000120,000140,0
10、00年份世界风电累计装机容量（MW）十年年均增长31.8%十年年均增长70%31现代风力发电正朝着大型化、规模化的方向发展现代风力发电正朝着大型化、规模化的方向发展3233342015年：1亿千瓦2010年：超过3100万千瓦2020年：1.5-2亿亿千瓦风电规划目标风电规划目标353.3.地热能发电发展概况地热能发电发展概况36地热能地热能地热资源：地热资源：是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。体中的热能量及其伴生的有
11、用组分。地热资源，按赋存形式可分为地热资源，按赋存形式可分为水热型水热型(又分为干蒸汽型、湿又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型蒸汽型和热水型)、地压型地压型、干热岩型干热岩型和和岩浆型岩浆型4 4大类；大类；按温度高低可分为按温度高低可分为高温型高温型(150)(150)、中温型中温型(90149)(90149)和和低温型低温型(89)(89)。地热能的利用方式主要有地热发电和地热。地热能的利用方式主要有地热发电和地热直接利用两大类。直接利用两大类。37地热能的利用地热能的利用 1 1）2O0-4002O0-400直接发电及综合利用；直接发电及综合利用；2 2）150-200150-200双循环
12、发电、制冷、工业干燥、工业双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工；热加工；3 3）10O-15O10O-15O双循环发电，供暖、制冷、工业干燥双循环发电，供暖、制冷、工业干燥、脱、脱 水加工、回收盐类、罐头食品；水加工、回收盐类、罐头食品；4 4）50-10050-100供暖，温室、家庭用热水、工业干燥；供暖，温室、家庭用热水、工业干燥；5 5）20-5020-50沐浴，水产养殖、饲养牲畜、土壤加温沐浴，水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工。、脱水加工。38地热发电地热发电 地热发电是利用地下热地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基种新型发电技术。其
13、基本原理与火力发电类似本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能为机械能，再把机械能转换为电能。地热发电转换为电能。地热发电实际上就是把地下的热实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为的能量转变过程或称为地热发电。地热发电。39 地热能发展趋势地热能发展趋势国内 据统计，截至2011年，我国应用浅层地温能供暖制冷的建筑项目2236个，地源热泵供暖面积达1.4亿平方米，80%的项目集中在北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等地区。在北京，利用
14、浅层地温能供暖制冷的建筑约有3000万平方米，沈阳则已超过6000万平方米。“预计到2015年全国地热能利用总量相当于6880万吨标准煤，届时占我国能源消耗总量的1.7%。”国土资源部地质环境司司长关凤峻说。40国外 2011 2011年，美国地热产业继续加快发展，地热能源协会年，美国地热产业继续加快发展，地热能源协会(GEA)2011(GEA)2011年年4 4月发布的信息表明，在未来几年内，美国德月发布的信息表明，在未来几年内，美国德克萨斯州地热能源生产可望翻二番，地热发电也将从克萨斯州地热能源生产可望翻二番，地热发电也将从9 9个州个州扩展到扩展到1515个州。加州是美国利用地热发电最多
15、的州。而爱个州。加州是美国利用地热发电最多的州。而爱达荷州则紧随其后。预计到达荷州则紧随其后。预计到20152015年，爱达荷的地热发电量年，爱达荷的地热发电量将达到将达到855855兆瓦，兆瓦，20252025年前将达到年前将达到16701670兆瓦。兆瓦。414.4.生物质能发电发展概况生物质能发电发展概况42生物质能多元化发展生物质能多元化发展 第一代生物燃料的生产主要来自于玉米、水稻、甘蔗、大豆等粮食作物。第二代生物燃料技术是指以麦秆、稻草和木屑等农林废弃物或藻类、纸浆废液为主要原料，使用纤维素酶或其他发酵手段将其转化为生物乙醇或生物柴油的模式。43生物质能利用目标 到2015年，生物
16、质发电装机容量达到1300万千瓦，生物质成型燃料年利用量达到1000万吨，沼气年利用量达到300亿立方米，生物燃料乙醇年利用量达到500万吨，生物柴油年利用量达到100万吨，生物质能年替代化石燃料合计超过4000万吨标准煤。44电力主导未来中国新能源行业电力主导未来中国新能源行业 国内新能源行业主要是国内新能源行业主要是新能源电力行业新能源电力行业和和新能源汽车新能源汽车两个两个大类大类 新能源发展规化：总投约新能源发展规化：总投约90009000亿，风电新增装机约亿，风电新增装机约1 1亿千瓦亿千瓦可再生能源中长期发展规划：火力发电降至可再生能源中长期发展规划：火力发电降至70%70%，取而
17、代之，取而代之的是风电、太阳能发电和核电，其中，我国新增风电装机的是风电、太阳能发电和核电，其中，我国新增风电装机容量就达到容量就达到624.6624.6万千瓦，增长速度万千瓦，增长速度89%89%，仅次于美国，位，仅次于美国，位列全球第二列全球第二 45能源结构的这一重大变革，将对能源结构的这一重大变革，将对以交流为主导以交流为主导运行模式的运行模式的电网带来严峻的挑战，主要体现在以下几个方面：电网带来严峻的挑战，主要体现在以下几个方面：第一，由于未来终端能源将以电力为主。由于可再生能源第一，由于未来终端能源将以电力为主。由于可再生能源资源和负荷资源分布不匹配的格局仍将存在（例如，人烟资源和
18、负荷资源分布不匹配的格局仍将存在（例如，人烟稀少的地区往往有更多的太阳能和风能），这就决定了远稀少的地区往往有更多的太阳能和风能），这就决定了远距离输送和大电网互联在相当长时间内仍将存在。距离输送和大电网互联在相当长时间内仍将存在。第二，由于可再生能源资源具有间歇性和不稳定性的特点第二，由于可再生能源资源具有间歇性和不稳定性的特点，其发电功率也将出现间歇性和不稳定性。此外，光伏发，其发电功率也将出现间歇性和不稳定性。此外，光伏发电系统不具有传统水轮机组或汽轮机组的机械惯性，风力电系统不具有传统水轮机组或汽轮机组的机械惯性，风力发电机组的单机容量及惯性与传统发电机组相比也有很大发电机组的单机容量
19、及惯性与传统发电机组相比也有很大的差别且发电方式也不相同。因此，在满足这些新型电源的差别且发电方式也不相同。因此，在满足这些新型电源规模化接入的约束条件下，如何保障交流电网的实时动态规模化接入的约束条件下，如何保障交流电网的实时动态功率平衡和稳定性，就成为未来电网面临的另一重大挑战功率平衡和稳定性，就成为未来电网面临的另一重大挑战。46第三，由于可再生能源具有分散性的特点，靠近负荷侧就第三，由于可再生能源具有分散性的特点，靠近负荷侧就地利用的分布式发电也将是一种重要的方式。分布式电网地利用的分布式发电也将是一种重要的方式。分布式电网采用什么样的运行模式，它如何有效地实现与大电网的协采用什么样的
20、运行模式，它如何有效地实现与大电网的协调运行，也将是未来电网面临的新的挑战。调运行，也将是未来电网面临的新的挑战。第四，随着可再生能源逐步替代化石能源，目前以化石能第四，随着可再生能源逐步替代化石能源，目前以化石能源为基础的能源消费系统特别是燃油交通系统（如汽车、源为基础的能源消费系统特别是燃油交通系统（如汽车、轨道交通用机车等）将采用电力，这意味着，大范围之内轨道交通用机车等）将采用电力，这意味着，大范围之内广泛分布的用于电动汽车的电池将成为电网中的主要负荷广泛分布的用于电动汽车的电池将成为电网中的主要负荷之一，这就使得未来电网的负荷特性将与目前电网有很大之一，这就使得未来电网的负荷特性将与
21、目前电网有很大的不同。的不同。47综上所述，能源结构的重大变革，将对未来电网带来一系综上所述，能源结构的重大变革，将对未来电网带来一系列重大挑战。列重大挑战。如何从改变如何从改变电网的运行模式电网的运行模式等方面入手，并解决未来电网等方面入手，并解决未来电网发展中的关键技术问题，就成为一个值得深入研究和探讨发展中的关键技术问题，就成为一个值得深入研究和探讨的问题？的问题？鉴于电能在任何时候发电量与用电量相等，即所发的电与鉴于电能在任何时候发电量与用电量相等，即所发的电与所用的电要密切配合，应对这些多种来源的电源可能是智所用的电要密切配合，应对这些多种来源的电源可能是智能电网的真正考验。能电网的
22、真正考验。在变化的各种电力负荷需求条件下及风电、太阳能发电或在变化的各种电力负荷需求条件下及风电、太阳能发电或其它可再生能源等自然间断性供电发电机组上升的情况下其它可再生能源等自然间断性供电发电机组上升的情况下，要保持电灯均能稳定点亮仅仅是未来电网需要达成的一，要保持电灯均能稳定点亮仅仅是未来电网需要达成的一个目标。它对于降低公用事业成本及提高可靠性方面具有个目标。它对于降低公用事业成本及提高可靠性方面具有很大的价值。很大的价值。48在下面的内容中，我们从发电、输电、配电和分布式电网在下面的内容中，我们从发电、输电、配电和分布式电网四个阶段，分别说明未来电网运行模式的改变，对于应对四个阶段，分
23、别说明未来电网运行模式的改变，对于应对上述挑战具有重大作用。上述挑战具有重大作用。49原动机：原动机：电网的核心还旋转着许多同样的发电机，它们和第一套工作超过电网的核心还旋转着许多同样的发电机，它们和第一套工作超过100100年发年发电机核心是一样的。无论是从煤燃烧或核材料中子裂变来提供热能，它电机核心是一样的。无论是从煤燃烧或核材料中子裂变来提供热能，它们的目的是一样们的目的是一样推动涡轮旋转并带动绕有铜的转子旋转。那些转动推动涡轮旋转并带动绕有铜的转子旋转。那些转动的绕组产生电的绕组产生电一般来说是电压为一般来说是电压为10000100002000020000伏。伏。水轮发电机水轮发电机汽
24、轮发电机汽轮发电机50升压：升压：从发电厂发出来的电是不能够直接送到你家或其它地方。首先，必须从发电厂发出来的电是不能够直接送到你家或其它地方。首先，必须将其升压到将其升压到765000765000伏，从而减少电能输送时的电能损失安培值在一定伏，从而减少电能输送时的电能损失安培值在一定的数值内。高的电压值能减少输电带来的损失。的数值内。高的电压值能减少输电带来的损失。51输电塔：输电塔：目前典型的电力传输主要是以目前典型的电力传输主要是以三相电三相电的形式输送几百公里。未来电网可以的形式输送几百公里。未来电网可以升级到高压直流的形式输送电能，目升级到高压直流的形式输送电能，目的是用来减少输送过
25、程中的电能损失的是用来减少输送过程中的电能损失（来源于美国能源部的数据损失电量（来源于美国能源部的数据损失电量大约为大约为7%7%）。电流传感器每）。电流传感器每4 4秒钟传秒钟传递一次信息，但现在有一种新的设备递一次信息，但现在有一种新的设备，名称为：相量测量装置（，名称为：相量测量装置（synchrophasorssynchrophasors），能够在一秒内多），能够在一秒内多次取样，从而能够更多的提供输电传次取样，从而能够更多的提供输电传输设备的信息，用于防止发生类似于输设备的信息，用于防止发生类似于20032003年的大停电发事故年的大停电发事故。52控制室：控制室：调度员（如上图中爱
26、迪生曼哈顿联合电力调度员（如上图中爱迪生曼哈顿联合电力(Consolidated Edisons(Consolidated Edisons Manhattan)Manhattan)调度中心的轮班经理调度中心的轮班经理Kostantinos PitsoulisKostantinos Pitsoulis）在控制室通）在控制室通过电网的状态监控设备来控制全国电网所有的事情，如使电力线上生过电网的状态监控设备来控制全国电网所有的事情，如使电力线上生产的电量在任何时候与使用的电量保持一致。另一些调度员必须确保产的电量在任何时候与使用的电量保持一致。另一些调度员必须确保所有的发电机都在所有的发电机都在60
27、Hz60Hz的频率的频率“嗡嗡嗡嗡”的工作，他们的工作有些像是的工作，他们的工作有些像是指挥乐队。指挥乐队。53变电站：变电站：一旦电流经过从电厂到用电负荷点几乎是瞬间完成的传输后，如从电一旦电流经过从电厂到用电负荷点几乎是瞬间完成的传输后，如从电厂到用户所在地，一个变压器将电能从输电电压转换成城市或地区的厂到用户所在地，一个变压器将电能从输电电压转换成城市或地区的电压，如典型的电压，如典型的110000110000伏。变压器是由大量相互绝缘铜线绕圈组成，伏。变压器是由大量相互绝缘铜线绕圈组成，这些线圈将改变它们之间的电场。这些线圈将改变它们之间的电场。54断路器（开关）：断路器（开关）：开关
28、是能控电流通与断的元件开关是能控电流通与断的元件，同时能够监控配电网。断路，同时能够监控配电网。断路器能监控一条线路两边，并能器能监控一条线路两边，并能与调度员通过无线通信交流或与调度员通过无线通信交流或是在遇到问题时能够自动断开是在遇到问题时能够自动断开以阻止电能损失。以阻止电能损失。55配电：配电：当电能在配电网中接近它的目的地时，另一个变压器再次降低它的电当电能在配电网中接近它的目的地时，另一个变压器再次降低它的电压到更利于使用的范围。在纽约，大概为压到更利于使用的范围。在纽约，大概为1000010000伏。在配电网中的传感伏。在配电网中的传感器会改进电能质量使得传输更稳定和可靠。然后是
29、送到你的房子里，器会改进电能质量使得传输更稳定和可靠。然后是送到你的房子里，简单的说，当它到达你的插座时，再次被降压到简单的说，当它到达你的插座时，再次被降压到220220伏。伏。56稳压器：稳压器：稳压器是用来确保配电线路上的稳压器是用来确保配电线路上的电压整天都保持在一个相同的电压整天都保持在一个相同的值上，即使在电力负荷上下波值上，即使在电力负荷上下波动的时候。动的时候。57黑启动：黑启动：电网将会确保在断电事件发生的情况下，电力能够尽可能的自动恢复电网将会确保在断电事件发生的情况下，电力能够尽可能的自动恢复。系统会立即隔离任何失败并提示调度员问题的根源，而不是依赖于。系统会立即隔离任何
30、失败并提示调度员问题的根源，而不是依赖于来自某个气愤的用户的电话。来自某个气愤的用户的电话。58未来电网革命未来电网革命从从交流回归直流交流回归直流的螺旋式上升的螺旋式上升 最初的输电方式是直流输电最初的输电方式是直流输电。1874 1874年年，在俄国彼得堡，在俄国彼得堡第一次实现了直流输电第一次实现了直流输电，当时输电，当时输电电压仅电压仅100V100V。由于。由于不能直接给直流电升压不能直接给直流电升压，输电距离受到，输电距离受到极大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要极大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求。求。1880 1880年代末年代末，人类发明了，人类发
31、明了三相交流发电机三相交流发电机和和变压器变压器，并确，并确立了交流输电的主体地位，并构建了当今传统的交流电网立了交流输电的主体地位，并构建了当今传统的交流电网。然而，随着电力系统的迅速扩大，输电功率和输电距离的然而，随着电力系统的迅速扩大，输电功率和输电距离的进一步增加，交流输电遇到了一系列问题，特别是所谓的进一步增加，交流输电遇到了一系列问题，特别是所谓的大系统的安全稳定性问题大系统的安全稳定性问题。为了解决上述问题，直流输电。为了解决上述问题，直流输电又重新受到人们的重视。又重新受到人们的重视。近来，直流输电线路的建设得到较快的发展，但总体上仍近来，直流输电线路的建设得到较快的发展，但总
32、体上仍然不能动摇交流输电的主体地位，交流电网仍将在相当长然不能动摇交流输电的主体地位，交流电网仍将在相当长时间内占主导地位。时间内占主导地位。59HVDCHVDC的主要的主要元件和基本原理元件和基本原理交流母线交流系统 I无功补偿设备交 流滤波器直流线路Vd I 换流站I平波电抗器直 流滤波器桥I交流母线换 流变压器断路器桥II图：HVDC原理图换流站II 交流系统 I I无功补偿设备交 流滤波器换 流变压器Vd II 60未来输电网未来输电网需要直流运行模式需要直流运行模式现代输电网是以交流为主的电网，稳定性问题十分突出。现代输电网是以交流为主的电网，稳定性问题十分突出。电力系统的稳定性是电
33、力系统的稳定性是电源、电网和负荷电源、电网和负荷的整体特性，造成的整体特性，造成电力系统稳定性问题的原因是多方面的，其中电力系统稳定性问题的原因是多方面的，其中瞬态功率不瞬态功率不平衡平衡是极为重要的因素之一。是极为重要的因素之一。未来输电网的容量和规模将进一步扩大，但是电源以可再未来输电网的容量和规模将进一步扩大，但是电源以可再生能源为主，而生能源为主，而可再生能源可再生能源特别是太阳能、风能和潮汐能特别是太阳能、风能和潮汐能具有具有间歇性、不稳定性间歇性、不稳定性的特征，这就对以交流为主的大型的特征，这就对以交流为主的大型电力系统带来巨大的挑战。因此，为了应对能源变革，未电力系统带来巨大的
34、挑战。因此，为了应对能源变革，未来输电网的主导运行模式也需要新的思路。来输电网的主导运行模式也需要新的思路。61未来配电网未来配电网需要直流供电模式需要直流供电模式 当前，我国电网中的负荷结构比例大约为：电动机占当前，我国电网中的负荷结构比例大约为：电动机占65%65%、照明约、照明约15%15%、信息设备约、信息设备约10%10%、其它（主要是电化学、电镀电解和加热设备）、其它（主要是电化学、电镀电解和加热设备）约约10%10%。这些负荷中，包括电化学、电镀电解、电动汽车、信息设备（。这些负荷中，包括电化学、电镀电解、电动汽车、信息设备（如计算机与微处理器、通讯系统设备、智能终端、传感器与传
35、感器网如计算机与微处理器、通讯系统设备、智能终端、传感器与传感器网络等）以及络等）以及LEDLED照明等。此外，驱动电机的电力电子装置一般采用交照明等。此外，驱动电机的电力电子装置一般采用交-直直-交的功率变换模式，但因为目前的配电网是交流电网，往往采用整交的功率变换模式，但因为目前的配电网是交流电网，往往采用整流的方法获得直流电源。流的方法获得直流电源。未来电网如采用直流供电，不但可以省去交流到直流的变换环节和未来电网如采用直流供电，不但可以省去交流到直流的变换环节和装置，降低电机驱动系统的造价，而且还可以进一步提高电机驱动系装置，降低电机驱动系统的造价，而且还可以进一步提高电机驱动系统的整
36、体效率。采用直流供电，电机系统的制动能量可以不经任何变统的整体效率。采用直流供电，电机系统的制动能量可以不经任何变换直接回馈到直流电网得到利用，从而可发挥更大的节电效益。此外换直接回馈到直流电网得到利用，从而可发挥更大的节电效益。此外，采用直流供电的电机系统，电机从直流电网吸收和回馈的只是有功，采用直流供电的电机系统，电机从直流电网吸收和回馈的只是有功功率，将不会象交流供电时会出现额外的无功功率等问题，从而可以功率，将不会象交流供电时会出现额外的无功功率等问题，从而可以进一步降低供电系统的网络损耗，提高供电效率。进一步降低供电系统的网络损耗，提高供电效率。未来配电网中的直流负荷将占越来越大的比
37、重。特别是，在办公区未来配电网中的直流负荷将占越来越大的比重。特别是，在办公区、住宅区和学校等非工业负荷区，直流负荷将占主导地位。负荷对电、住宅区和学校等非工业负荷区，直流负荷将占主导地位。负荷对电源需求的变化，使得发展直流配电技术将成为必然的要求。源需求的变化，使得发展直流配电技术将成为必然的要求。因此，因此，未未来配电网也将逐步向以直流为主的方向发展来配电网也将逐步向以直流为主的方向发展。62分布式电网分布式电网直流模式具有显著优势直流模式具有显著优势 可再生能源是一种分散资源，用户就地利用这种分散可再生能源是一种分散资源，用户就地利用这种分散资源是未来能源体系的重要形式之一。未来底层用户
38、（尤资源是未来能源体系的重要形式之一。未来底层用户（尤其是非工业用户）的电网将是其自身的配电网与分布式发其是非工业用户）的电网将是其自身的配电网与分布式发电高度融合的电高度融合的分布式电网分布式电网。在分布式电网中，太阳能光伏发电将得到最为普遍的在分布式电网中，太阳能光伏发电将得到最为普遍的应用，而光伏发电产生的电力为直流。同时，为了极大地应用，而光伏发电产生的电力为直流。同时，为了极大地提高供电可靠性和电力质量，采用提高供电可靠性和电力质量，采用分布式储能系统分布式储能系统将是一将是一种必然的选择，而大多数储能系统在储存电力时需要直流种必然的选择，而大多数储能系统在储存电力时需要直流供电。考
39、虑到未来配电网向直流为主方向发展的趋势，且供电。考虑到未来配电网向直流为主方向发展的趋势，且非工业用户对直流需求所占比重将达到非常高的比例，因非工业用户对直流需求所占比重将达到非常高的比例，因而分布式电网采用直流模式也具有显著的优势。而分布式电网采用直流模式也具有显著的优势。63太阳能电池只能产生直流电，想要利用这绿色的能源，还太阳能电池只能产生直流电，想要利用这绿色的能源，还得把直流电变成交流电才行。得把直流电变成交流电才行。64全直流供电与节能家庭全直流供电与节能家庭节能家庭是去年开始推广的一个新概念，旨在减低人们日常生活中的碳排放量，在节能家庭中，直流供电是一项非常关键的技术。日本厂商对
40、节能家庭项目投入了极高的热情，比如夏普为迎接2012年创业100年，提出了“通过以节能、创能设备为核心的环境与健康业务，为全球做出贡献”的口号，其具体措施之一就是“DC环保家庭”。DC环保家庭可将太阳能电池发的电存储到充电电池中，直接用直流电驱动设备，因此没有转换损失。充电电池的容量用完后，就把家用电源转为直流电，只需转换一次，与传统的供电方式相比能够节省很大一部分电力。65由于诸多原因，全直流供电的推广阻力相当之大，短时间由于诸多原因，全直流供电的推广阻力相当之大，短时间内难以普及，那么有没有可行性更好的技术路线，使我们内难以普及，那么有没有可行性更好的技术路线，使我们的电网更加节能，更加绿
41、色呢？答案就是利用的电网更加节能，更加绿色呢？答案就是利用ITIT技术的最技术的最新成果，使电网智能化。新成果，使电网智能化。66在世界正处于向新时代过渡的阶段，未来清洁能源是昂贵 的，电网需要能够灵活地与低碳技术结合，客户需要更好地了解并控制自身的消费。为了完成这一过渡，智能电网为我们展现了美好愿景，其优势如下:提高能源效率和可靠性使更多的可再生能源接入电网使迅速增长的电动汽车可以方便地充电使客户更好地控制其能源支出为减少全球的碳排放提供强大支持在能源领域激发一系列新的业务模式676869智能电网智能电网整体定义整体定义70智能电网将贯穿在电力系统的整个产业链，包括供应侧（发电）、输配电过程
42、以及需求侧（售电和用电）。在这三个环节智能电网分别体现着自己的特征，发挥着智能的作用。智能发电过程体现了智能电网的高效性、兼容性；输配电过程体现了智能电网的可靠性和高效性；售电/用电过程体现了智能电网的互动性、开放性和高效性。71智能电网实现的功能进步智能电网实现的功能进步72 智能电网相对于目前电网的特征智能电网相对于目前电网的特征73智能电网将表现出智能电网将表现出7 7个主要特点：个主要特点：自我修复和复原自我修复和复原：智能电网将进行实时的自我评估，以便发现、分析网络的异常情况，并做出反应。集成先进低碳技术集成先进低碳技术：智能电网将表现出“即插即用”的可扩展性和互操作能力。智能电网可
43、以使输配电系统承受更高比例的可再生能源（例如风电和太阳能光伏等），并提高分布式发电和存储设备（如微型发电机）的渗透率。需求响应需求响应：在家庭中扩展智能电网（采用家庭局域网络），使消费者的装置设备可以远程遥控，做出需求响应。资产优化和运营效率资产优化和运营效率：智能网将提供更好的资产利用率，从发电机到终端用户的所有路径。它将实现状态检修和绩效检修。消费者参与消费者参与：智能电网将涉及消费者，让他们积极参与电力市场。74智能电网将表现出智能电网将表现出7 7个主要特点：个主要特点：电能质量：电能质量：智能电网将提升电能质量，减少畸形电能供应的出现。市场权利：市场权利：智能电网使能源市场的信息更加
44、透明、更可利用。75实施智能电网的技术力量是什么？实施智能电网的技术力量是什么？安全的、遍布各处的通信安全的、遍布各处的通信：可复原的双向数字通信设施表现出良好的带宽和延迟性能，使通信能够连接发电源和终端消费者。嵌入式传感、自动化和控制嵌入式传感、自动化和控制：监控和传感器，自动开关和控制器，以及微处理器等，使电力网络能够应对实时状况。自动实时优化：自动实时优化：先进的监测、感应和控制功能，决策支持，低延迟的通信等都支持电网在出现中断或电能质量问题时进行主动的负载平衡和自我修正。增强设计和预见性监控增强设计和预见性监控：公用事业的企业系统中集成了资产数据采集分析和先进的可视化技术，为优化网络规
45、划，预测、应对预期设备故障提供了有力保障。分布式发电和需求响应分布式发电和需求响应：简化并网标准、双向潮流容量、更加有效的负载平衡技术，使得分布式发电和储能设备能无缝地接入输配电系统；能源管理系统将跟踪网络上的供需平衡，控制消费者的设备，优化全天的能源消费。76七个主要原型作为智能电网实施架构的基础七个主要原型作为智能电网实施架构的基础77七个主要原型作为智能电网实施架构的基础七个主要原型作为智能电网实施架构的基础78七个主要原型作为智能电网实施架构的基础七个主要原型作为智能电网实施架构的基础79七个主要原型作为智能电网实施架构的基础七个主要原型作为智能电网实施架构的基础 随着新兴经济体的经济
46、持续增长，诸如中国、巴西和印度拥有数百万富裕的消费者，其能源使用的需求大大增加。而在在许多发展中国家，能源盗窃是日益严重的问题，也是公用事业面临的最大挑战之一。承担这些电力需求增长并减少非技术性损耗需要建设大量的发电、输配电设备。而智能技术将围绕电网的能力减少非技术性损耗，连接可再生能源，改善外部威胁带来的影响。80七个主要原型作为智能电网实施架构的基础七个主要原型作为智能电网实施架构的基础81七个主要原型作为智能电网实施架构的基础七个主要原型作为智能电网实施架构的基础82七个主要原型作为智能电网实施架构的基础七个主要原型作为智能电网实施架构的基础8384电动汽车和智能电网电动汽车和智能电网智
47、能电网与电动汽车的发展相辅相成、互为促进智能电网与电动汽车的发展相辅相成、互为促进 电动汽车是汽车产业的发展方向，智能电网是电力经济和技术发展的必然趋势，电动汽车入网电动汽车入网（Vehicle to Grid，简称V2G）技术就是电动车辆的能量在受控状态下实现与电网之间的双向互动和交换，是“智能电网储能技术”的重要组成部分，应用V2G 和智能电网技术，在满足电动汽车用户行驶需求的前提下，将剩余电能双向可控回馈到电网。目前V2G 技术还只是一种构想，发展面临着很多困难。85电动汽车和智能电网电动汽车和智能电网智能电网是电动汽车发展的高速公路智能电网是电动汽车发展的高速公路 电动汽车和智能电网结
48、合的V2G，解决了电动汽车大规模发展带来的充电压力问题，如果电网不够智能，电动汽车就必须限制发展了。电动车有蓄电池，要充分发挥蓄电池的作用，在用电低谷期给它充电。然后等有需要的时候，蓄电池就可以给家里供电或者输送给电网。如果没有智能电网，不能够接纳可再生能源上网，那么电动汽车消耗的电力依然来自于化石能源，对于解决气候变化问题没有帮助。86电动汽车和智能电网电动汽车和智能电网电动汽车是智能电网的友好成员电动汽车是智能电网的友好成员 推动电动汽车产业发展，将电动汽车作为移动的、分布式储能单元接入电网，引导夜间低谷充电，如果全部在夜间吸收低谷电，发电机的效率能够有效提高、发电煤耗随之大幅降低。电动汽
49、车车主可以在晚上用低谷电充电，在白天负荷高峰时，则可以把电池储存的电能输出给电网，从而实现成本最小化。电动汽车是智能电网非常友好的成员，是智能电网的一部分，是移动的储能设备。积极开发V2G 技术，对于扩大电力终端用电市场，降低需求侧峰谷差，提高电力供需平衡和电力设备负荷效率，具有重要的意义。87888990云电力：一种未来电力供应的新模式云电力：一种未来电力供应的新模式 可再生能源资源的互补性可再生能源资源的互补性 可再生能源发电站，像风能、太阳能、海洋能等可再生能源这样的发电站，则其发电功率是不稳定的、无规律的、间歇的、难以按照我们的需要来进行调控的。时间上的互补性时间上的互补性 水电和生物
50、质能在时间上可以与太阳能和风能等形成很好的互补，实际上可以起到大容量储能系统的作用。空间上的互补性空间上的互补性 利用输电线路将建立不同地点的风电场全部连起来作为一个统一的风电场，则能最大限度的减少低功率或者满发的情况，=其发电功率具有显著的互补性。不同发电方式之间的互补性不同发电方式之间的互补性 电动汽车充电系统的调节作用电动汽车充电系统的调节作用 电动汽车的动力电池是未来电网中主要的负荷之一，事实上，这种负荷也同样可以看成是电源资源。换电池模式是未来电动汽车充电的主要模式，因此电动汽车电池充电系统可以根据电网的实际情况变化来充电。91云电力云电力 采用合理的电网结构和运行模式，把电网覆盖范
