面向新能源消纳的电能替代技术

于 婷

（国网宁夏电力有限公司泾源县供电公司，宁夏 泾源 756400）

引言

我国的能源需求巨大，能源也因此位于极其重要的位置，虽然目前能源安全能够得到保证，但是由于能源开采及使用而造成的环境污染决不能轻视，比如化石能源。为此，找到一种新能源代替常规能源成为当务之急。如果找到新能源，我国部分能源不足的问题就可以迎刃而解，因使用能源而造成的环境污染也可以逐渐减轻。基于此，本文以某省的智能园区为例，分析电能替代技术。

1 我国新能源发展现状

就当前新能源的发展来看，最有优势的两种能源分别为太阳能和风能，两者增长的速度极快。不仅是装机容量，在发电量上增长的速度也较快。光伏发电是太阳能发电的重要途径，光伏发电优势众多，一是无需复杂的装置、设备；二是安装较为简单；三是没有太多的限制条件，因此，光伏发电的发展速度较快。

根据我国能源局的相关数据资料可知，我国在光伏发电领域取得了较大的成就，走在世界的前列，这成绩外表看似优秀，但是在所有的发电量中，光伏发电只占很小的一部分。我国部分地区的风力资源丰富，因此，装机容量发展迅速。根据我国能源局的预测，我国新能源发电将保持较高速度的增长，替代旧有的化石能源希望非常大。

2 电能替代技术概述

电能替代技术是一种综合性的技术，粗略划分为三种：热泵、分散式电采暖和电窑炉。详细划分则可分为污水源热泵和碳晶电采暖等多种。污水源热泵的优势在于节省能源，可以充分利用城市产生的污水，通过热泵机组完成物态循环的工作，转换出能量用于供暖。碳晶电采暖主要应用的场合无需持续采暖，可以在供暖的过程中间断进行。碳晶电采暖的优势在于可以更加均匀地制热，在采暖过程中十分安全，并且体积小，无需占用过多室内空间。

我国曾对电能替代技术进行了实验，实验对象是一个酒店，实验的操作主体是国家电网分公司。实验维持了一个季度，在实验之后，得出如下结论：该技术的应用效果较为良好。利用电热膜发电主要完成电能——热能的能量转换，产生的热能可以通过膜向外辐射散出。电热膜发电主要的发热体为膜，膜上有特制的油墨，该油墨由稀有元素制成。发热电缆发热的原理同样是电能——热能的转换，发热电缆温度运行控制在一定的区间之内，热量辐射的方式是发热电缆的热传导。发热电缆整个系统的组成包括电缆本身，包括温度控制和感知器，还有出于安全考虑的绝热层[1]。

3 新能源替代电能的意义

近些年来，我国的空气污染触目惊心，城市上空的雾霾久久难以散去。一直以来我们把煤炭当作主要的能源，这些煤炭资源虽然推动了经济的发展，但是用量太高，高于世界平均水平，尤其是没有经过洁净处理的散装煤，造成的空气污染更为严重。此外，目前主流的交通工具使用的石油也会造成严重的大气污染。为此，世界各国都将注意力集中在新型能源的寻找上，电能替代就是其中的重点，该项技术产生的电能主要来自可再生能源，即便是使用化石能源，使用的煤电机组的排放也会控制在超低水平，因此，采用电能替代技术，每年排放的大气污染物将显著降低，我国的清洁能源发展将取得巨大的进步。此外，大力推广电能替代技术将会使我国的电气化水平再上一个新的台阶[2]。

4 实际案例分析

4.1 案例概况

本案例位于我国西部某省份，是一个典型的智能园区，该园区有着较大的技术优势，在实现新能源消纳的过程中，不仅有用电信息采集系统的支持，还有互动运行模式（源—网—荷—储）的辅助。该智能园区实施了响应策略，完成了源荷互动的优化，各项设备之间更加协调，节省了更多的资源，同时，经过优化调度之后，以往清洁能源在发电过程中产生的波动将被抑制，负荷曲线也将得到显著优化。

4.2 新能源就地接纳潜力与技术支撑

4.2.1 新能源就地接纳潜力分析

在该省份的所有特色产业中，最突出的为高载能产业，在该省份总负荷较大，与高载能产业之间存在密切的关系。在需求响应中应用高载能负荷，以调度指令为主要参照对象，可以较快完成削峰填谷，平衡系统的负荷，并且有利于该省份完成消纳新能源的任务，并在需求响应协议的帮助下获得补偿。补偿措施的主要内容为：负荷增加，折扣电价。负荷减少，响应量补贴。

4.2.2 新能源就地接纳技术支撑

目前，我国各地的新能源广泛发展，尤其是分布式电源更是呈现出规模化的态势，在这种情况下，电网的发展目标出现了变化，由单向转为多项，以此实现新能源的消纳。在当下，电源和负荷都有着新的要求，也具有全新的特性。以往的电网技术较为单一，因此，难以做到协调电网、电源和负荷三者之间关系，鉴于此，该智能园区将发展的重点转移到电源、电网和负荷的互动方面，以用户的需求为重要参考依据，综合考虑各项要素，争取让智能园区发展成为该地区主要的未来产业示范园。

该地区的电力公司是该智能园区的主要实施单位，该智能园区属于国家电网，该智能园区的建设开始于2015 年，就整体的架构而言，该园区是一个整体，相互协调、运作统一。该智能园区的主要架构主要分为三层：采集层、网络层和应用层。该智能园区各项功能的实现需要各项系统的配合，包括主站系统、采集信息并完成相应控制的系统等，园区中各方的需求在系统的通力配合下得以逐一满足。

4.3 A 地区新能源消纳的电能替代实施模式

优化现有的能源结构，实现低碳发展是当前电能替代的主要目的，目前A 地区电能替代的主要项目包括：使用电能替代煤炭的燃烧，工业生产和居民生活以电能的消耗为主；在交通领域，使用电能代替汽油，大力发展电动汽车；在燃气领域，使用电能代替天然气；在农村，使用电能代替木柴的燃烧；在城市的高楼大厦中使用电蓄冷技术，以减少能源的消耗[3]。

4.4 案例分析

在这一部分的分析过程中，为获取充足的数据，以智能园区中的新能源消纳为突破口，以光伏发电产业为主要研究主体，将企业发电量等相关数据详细记录下来，将这些数据作为后续分析的重要依据。详细的机组数据如表1 所示，图1 所示为常规电负荷/热负荷预测情况。

表1 常规机组参数

图1 常规电负荷/热负荷预测曲线

5 结论

对案例分析之后可以得出以下结论：

1）本文将突破口放在高载能负荷上，主攻新能源消纳和需求响应，得出结论，在就地消纳新能源的过程中，最重要的调度负荷当属高载能负荷，尤其是在当下的环境下，特高压外送输电技术有待提升，还不能大范围推广使用。

2）要坚决实施两个替代战略：置换发电权、利用新能源直购电，促使更多的企业就地消纳新能源。

3）在电负荷的需求响应机制中引入高载能负荷。传统的调度无法兼顾多方，只能单纯完成调度工作，而经过优化处理之后的调度可以将多项要素集结在一起充分考虑，包括企业的碳排放处罚、后续维护的诸多成本。调度在经过优化处理之后，火电与CHP机组无需花费过高的成本；在光伏发电的高峰期，高载能负荷有利于增荷，一旦负荷达到高峰会有助于减荷；反之，储热罐会存储热量，在热负荷较高的情况下，储热罐会将热量放出。