能源论坛51:电网挑战——输电、电网资源的优化利用和本地生产

Energy Forum 51: The power grid challenge – transmission, optimal utilization of grid resources, and local production

【作者】 Prof. Gershon Grossman ; Naama Shapira

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鉴于气候危机,随着时间的推移,全球温室气体减排目标将变得更加雄心勃勃,以色列国以及世界所有国家都将被要求提高其目标。 2020年10月,以色列政府决定将2030年可再生能源发电目标提高至30%,中期目标为2025年20%。据以色列电力局称,在以色列国,可再生能源主要是 太阳能。 截至2020年底,能源领域可再生能源总容量约为2.5吉瓦,其中太阳能(地面及两用光伏和热太阳能装置)占该容量的95%以上。 据电力局预测,为了在2025年底实现中期目标,今年可再生能源总容量预计将增加四倍(达到约9.8吉瓦)。 根据能源部预测,到2050年建立低碳能源经济(燃料结构中太阳能占87%),今年所需的太阳能容量将达到109吉瓦。 一般而言,可再生能源,特别是太阳能,具有许多经济和环境效益。 然而,太阳能在某些时候大规模生产,而在其他时候却无法提供任何解决方案,这给电网管理带来了新的重大挑战。 这些挑战可以分为三类: •平衡电网容量的挑战——在使用传统能源生产电力时,可以根据消耗调整生产。 然而,当涉及太阳能和风能等可再生能源时,维持这种平衡的能力是有限的,并且在某些时候可能会出现能源过剩或短缺。 在以色列尤其如此,该国电网未与邻国(能源岛)连接,这降低了其通过电力贸易平衡容量的能力。 因此,应该提高控制生产和/或消费概况的能力,例如通过负载管理或存储机制。 •能源传输挑战——传统上,生产能力为数十或数百兆瓦的大型发电厂占用的空间相对较小,并且可以建在靠近消费中心的地方。 因此,传统的电网结构是,在用电中心附近的发电厂附近,输电能力较高,而随着向外围地区的转移,输电能力逐渐降低。 然而,可再生能源需要采用与传统网络管理不同的方法。 一方面,产能大的可再生能源设施占用空间大,需要建在外围。 然而,到那时,与电网的连接就成为一个重大问题,它可以通过两种方式表现出来:输电拥堵(输电电网满载,不允许在该区域连接)或变压拥堵(高压装置无法连接) 到较高电压,因为变电站很拥挤)。 另一方面,由于空间不足,设施分散受到追捧。 也就是说,在现有土地用途(住宅、工业、农业、基础设施等)上放置较小的太阳能设施。 虽然这使得生产更接近消费,显然减少了电网发展的需要,但在高产低耗时期,电网可能会出现重负荷。 在以色列的背景下,能源传输的挑战也许不是最重要的,但必然是最紧迫的。 •动态和控制的挑战——任何给定时刻的生产必须等于消耗,以防止频率发生变化。 因此,频率稳定性对于系统的正常运行至关重要。 如今,频率稳定性是通过惯性机制和自动控制系统机制来维持的。 可再生能源设施目前没有这样的机制,但可以添加。 当然,添加此类机制涉及经济成本,因此需要监管来实施其安装以支持系统的正常运行。 因此,太阳能的广泛应用需要支持性解决方案,例如每小时甚至季节性存储以及输电网的重大发展,这一过程需要多年时间并涉及重大的经济和规划挑战。 如今,电网挑战已成为可再生能源并网的瓶颈,鉴于太阳能并网的雄心勃勃的目标,预计该问题多年来将进一步恶化。 此外,除了解决输电网的技术挑战之外,实现政府目标还需要解决与稀缺土地资源相关的原则问题,特别是在以色列这样的小而拥挤的国家。 论坛建议: 1.短期解决方案——中长期来看,新的电网发展计划已经开始,但短期建议制定一个系统性的计划来实现经济潜力——一个系统性的计划 审查障碍并描述建议的解决方案,包括促进监管变革和实施技术手段,以充分利用现有网络。 提供立竿见影效果的解决方案也应该以牺牲经济可行性为代价来考虑。 2.实施路线图——建议与有关各方合作制定可再生能源并入电力部门的原则,该原则将基于技术经济方面以及规划、社会和环境方面,解决 集中生产还是分散生产、地理布局、开放地区的土地开发与现有土地用途的开发等问题。 3.可再生能源并网——必须研究各种模式来支持可再生能源并网,包括制定配电网发展计划,旨在吸收建成区和两用区(屋顶)的可再生能源 、墙壁、栅栏和各种土地用途),同时管理消费方; 为靠近需求地区的太阳能生产制定激励措施(关税和其他); 并研究广泛接受的贸易模式,允许更多制造商连接到现有电网。 4.储能——建议推广高压储能招标,包括独立招标、现有太阳能设施和军民两用设施招标。 储能设施有多种用途,如容量平衡、频率平衡、减轻电网负载等,因此建议增加储能,节省电网发展成本。 5.监管和标准化——推动相关标准化和监管将确保电网的最佳利用并避免未来的过度投资。 此外,建立统一的太阳能连接调查标准,特别是太阳能变压器容量比,并促进对电动汽车充电管理的监管。 此外,需要监管以允许新技术的渗透,而无需频繁的监管变化。 6.促进创新——支持各种技术的理论和实践检验(实施试点)——清洁电力生产技术(绿氢、核能)、存储技术、传输技术(氢传输、直流传输)、管理 技术等等。

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