配電網(wǎng)一次設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)壽命通常較長(zhǎng),約為30~50年;保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備的壽命相對(duì)較短,但也高達(dá)10~20年。然而,基本的電網(wǎng)技術(shù)不會(huì)發(fā)生巨大變化。最具有發(fā)展前景的技術(shù)是與通信技術(shù)結(jié)合的電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù),以及在配電網(wǎng)中大規(guī)模利用電力電子和儲(chǔ)能技術(shù)。如果儲(chǔ)能電池的技術(shù)及價(jià)格發(fā)展仍能保持過(guò)去幾年的發(fā)展趨勢(shì),儲(chǔ)能電池將會(huì)成為配電系統(tǒng)的一部分,該技術(shù)具有潛在的巨大技術(shù)經(jīng)濟(jì)前景。
目前電力電子產(chǎn)品價(jià)格的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力正朝著有利的方向發(fā)展。例如,lvdc技術(shù)改進(jìn)的性能、能效及具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格,提升了其在配電系統(tǒng)中應(yīng)用的機(jī)會(huì)。在未來(lái),有些電網(wǎng)用戶(hù)(如數(shù)據(jù)中心)將可能以直流電方式直接并網(wǎng),同時(shí)不僅是小規(guī)模的電源、也包括所有終端用戶(hù)的電網(wǎng)接口(ac/ac和dc/ac),將采用電力電子和儲(chǔ)能設(shè)備,通過(guò)這些技術(shù)的使用,可以在任何場(chǎng)景下優(yōu)化用戶(hù)的電能質(zhì)量(ac和dc),可以消除所有的終端用戶(hù)的短時(shí)停電,因而可極大地降低配電系統(tǒng)的成本。
1.lvdc技術(shù)
圖1所示為一種lvdc系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。分布式電源通過(guò)交直流轉(zhuǎn)換單元接入,其電壓變化范圍為1500v到±750v。隨著電力電子器件的發(fā)展,電力電子設(shè)備的能效將大為提高,從而可提高整個(gè)配電系統(tǒng)的能效。芬蘭已有一批關(guān)于lvdc系統(tǒng)的試點(diǎn)項(xiàng)目在實(shí)施,圖2為在芬蘭某地配電網(wǎng)中安裝lvdc的實(shí)例示意圖。系統(tǒng)中dc電壓為±750v,3個(gè)用戶(hù)通過(guò)dc/ac換流器連接到直流電源。直流側(cè)電容器的充電容量足以消除快速自動(dòng)重合閘對(duì)用戶(hù)的影響。在不久的將來(lái),儲(chǔ)能(電池)和小規(guī)模電源(如太陽(yáng)能電池板)也將連接到直流電網(wǎng)中。
圖1 基于lvdc技術(shù)的配電系統(tǒng)
圖2 基于ldvc技術(shù)的配電系統(tǒng)示意圖(芬蘭suur-savon案例)
2.儲(chǔ)能技術(shù)
在未來(lái),預(yù)計(jì)儲(chǔ)能電池技術(shù)的市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)朝向更有利的方向發(fā)展。目前,儲(chǔ)能電池的采購(gòu)價(jià)格很高,約為800~1000/kw,且設(shè)備壽命周期有限,充電周期最多為2000~3000次,僅在某些特殊情況下(如負(fù)荷削峰需求較少時(shí)),儲(chǔ)能電池在經(jīng)濟(jì)上是可行的,這時(shí)儲(chǔ)能電池可作為配電系統(tǒng)的一部分,可用于削減峰荷,并可作為備用電源。一塊儲(chǔ)能電池的單位能量?jī)r(jià)格(充電或放電一次)平均為20cent/kwh,見(jiàn)圖3。目前儲(chǔ)能電池的單位能量?jī)r(jià)格最低能達(dá)到10cent/kwh。假設(shè)儲(chǔ)能電池的能量單位價(jià)格可以降到2~4cent/kwh,則意味著電池投資價(jià)格為200/kw時(shí),充電次數(shù)可達(dá)到5000~10000次;如果電池的投資價(jià)格為400~500/kw時(shí),充電次數(shù)則可達(dá)到15000次,那么在未來(lái)配電網(wǎng)中儲(chǔ)能電池的應(yīng)用前景將是非常顯著的。
圖3 單位充放電電量(snt/kwh)為電池生命周期(充放電次數(shù))的函數(shù)時(shí)電池(30kw)的價(jià)格
用戶(hù)電池技術(shù)的進(jìn)步可為電力預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)管理提供一個(gè)解決方案,因?yàn)殡娏︻A(yù)測(cè)涉及大量的不確定性。例如,如果電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量顯著增加,同時(shí)電池價(jià)格的發(fā)展是正面的,這樣就給dso提供了管理功率的機(jī)會(huì),或者通過(guò)dso自己的網(wǎng)絡(luò)管理或者通過(guò)安裝在用戶(hù)處的儲(chǔ)能設(shè)備。
3.自動(dòng)化技術(shù)
大規(guī)模電網(wǎng)自動(dòng)化通過(guò)自動(dòng)斷開(kāi)、接入備用設(shè)備和應(yīng)用分布式電源(如自愈電網(wǎng)、微電網(wǎng)等),幾乎可以達(dá)到不間斷地供電。通過(guò)有效地采用電網(wǎng)自動(dòng)化,使得電網(wǎng)即使在具有挑戰(zhàn)性的情況下也能最大限度地利用配電系統(tǒng)容量,從而減少了電網(wǎng)的投資需求和投資費(fèi)用。因此,對(duì)電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估,是網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略規(guī)劃的關(guān)鍵措施之一。
4.電纜化技術(shù)
雖然農(nóng)村地區(qū)負(fù)荷密度較低,但為了消除在極端天氣條件下的長(zhǎng)期停電現(xiàn)象,越來(lái)越多地采用地下電纜。大型使用電纜給電網(wǎng)規(guī)劃帶來(lái)很大的挑戰(zhàn),其關(guān)鍵問(wèn)題在于:
1)選擇適合于智能電網(wǎng)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)難度較大;
2)未來(lái)電網(wǎng)的傳輸容量有限;
3)需要研究中性點(diǎn)不接地的中壓電網(wǎng)故障管理方法;
4)需要設(shè)計(jì)具有成本效益的設(shè)備安裝方法(而不是直接挖掘電纜溝道)等。
5.儲(chǔ)能配置規(guī)劃案例
以一個(gè)用戶(hù)住宅區(qū)采用電加熱(直接電加熱、儲(chǔ)水式加熱和余熱回收)的案例為例,進(jìn)行儲(chǔ)能配置規(guī)劃,以此說(shuō)明在低壓電網(wǎng)的住宅用戶(hù)處安裝儲(chǔ)能電池的經(jīng)濟(jì)性。該用戶(hù)的典型年度和日負(fù)荷曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。
從圖4(a)年度負(fù)荷曲線(xiàn)可知,年最大負(fù)荷出現(xiàn)在冬季,這在北歐國(guó)家屬于典型情況。從配電變壓器冷卻的角度來(lái)看,冬季的高峰負(fù)荷比夏季的較易處理。圖4(b)表明峰荷發(fā)生在晚上的22~23時(shí),該時(shí)段內(nèi)電加熱會(huì)自動(dòng)接通。
圖4 住宅區(qū)用戶(hù)負(fù)荷曲線(xiàn)(儲(chǔ)水式電熱器)
平均邊際成本(