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破解资源环境约束,能源互联网发力!配电网成“主战场”

发布时间:2021-10-18 17:41:42

作为全面贯通生产、传输、存储、消费以及市场的能源系统演进高级形态,能源互联网不仅是清洁能源大规模开发、配置、使用的重要平台,更成为突破能源发展资源约束、环境约束及时空约束的根本之策。


“能源互联网是一种新型能源系统,可再生能源优先,以电力为基础,因此在‘双碳’目标下,能源互联网的核心形态就是构建以新能源为主体的新型电力系统。”在日前召开的“2021国家能源互联网大会”上,清华大学能源互联网创新研究院高峰表示。



《2021国家能源互联网发展年度报告》显示,能源互联网发展历经了1970~2003年的概念孕育、2004~2013年的初步研究、2014~2016年的启航出发、2017~2019年的试点示范,以及2020年至今的多元发展等五个阶段。进入2020年,随着“双碳”目标的提出,能源互联网进入方向更为聚焦的加速发展通道,政府与产学研各界积极行动,以政策机制为导引,以科技创新为抓手,以产业转型为核心,谋篇布局。

 

配电网成“主战场”


能源格局的深刻调整,使得电网的电源结构、形态、负荷特性以及运行特性等具备全新特征,新型电力系统亟待加快构建。


国网上海能源互联网研究院刘海涛认为,配电网将成为新型电力系统建设的主战场。瞄准“双碳”战略目标的实现,配电网将发生重大变革,将从以电能传输、分配为主的通道型设施,转变为资源聚合、优化、交换,以及各利益主体平等交易的平台型基础设施。


国家电力投资集团有限公司战略规划部主任何勇健也认为,以新能源为主体的新型电力系统的核心是“新型”,配电网将成为电力发展的主导力量。


“应看到,配网侧新型电力系统面临诸多发展挑战。配电网的发展变化速度快,但其发展目前还不平衡、不充分;配电网规划建设实施难度增大,运行控制安全风险骤增,用能服务互动需求多样。”刘海涛提醒。


在其看来,未来配网侧新型电力系统的发展,将通过设备层、网络层、平台层、应用层关键技术与装备的革新,以“清洁低碳、安全可靠、柔性互动、透明高效”为目标,实现最大化接纳新能源发电和新型柔性负荷、实现运行的经济高效和最优化,支撑现代能源体系的加速构建。



另一边,南方电网从今年3月开始,对构建新型电力系统也展开了深入研究,提出了四个阶段建设路径,通过顶层设计、分布实施、有序推进新型电力系统的构建,力争在2030年前基本建成新型电力系统。


“新型电力系统最主要的特征是以新能源为主体,‘两高和三性’(注:两高是高比例新能源接入、高比电力电子设备应用;三性是随机性、波动性和间歇性)特点将带来两个方面的挑战,一是电力保障,二是惯量下降。”南方电网科学研究院曾勇刚坦言。


以云南电网和广东电网为例,全年的高峰时段90%概率下可保证风力出力是5%左右。照此计算,到2030年,南方电网新能源装机将达到2.5亿千瓦。按照5%计算,装机替代只有1250万千瓦,仍需规划大量常规机组做电力保障。


“当前,南方电网与云南电网实现了异步,广东电网正在进行柔性直流互联,南方电网逐步变成3到4个交流同步电网。这将对系统惯性带来更大影响。构建新型电力系统,对系统惯量应更加关注,尤其要关注交流同步电网的频率同步稳定问题。”曾勇刚提醒,“欧洲现在面临的最大挑战正是惯性下降问题。”


“通过对欧洲一些经验的调研,有几方面可以借鉴。第一是关注增强惯量,第二是提升频率支撑,第三是加强区域互联,第四是灵活的调节能力。”曾勇刚建议。


据了解,南方电网为构建新型电力系统,正重点突破八项关键技术,涉及规模化经济型储能应用技术、新能源全面可观可测可控技术、不同时间尺度的概率化电力电量平衡技术、新型电力系统惯量评估及频率运行控制技术、高度电力电子化的电力系统谐波及振荡抑制技术、大规模新能源接入的全景仿真技术、电力电子变流设备构网型控制技术、电-碳联动的运营技术等。

 

新能源渗透需技术加持


能源互联网浪潮的兴起,为推动传统电网改造升级提供了有力抓手,也为培育清洁能源、绿色环保等新型产业带来了发展机遇,不少企业争先“入场”。


中国华能集团清洁能源技术研究院李卫东表示,能源是我国经济发展的基础性行业,能源做不到万物互联,国家经济社会发展就会呈现落后的形态。我们要想在沙漠和戈壁构建万亿级新能源,必须依靠能源互联网这一全新手段解决这一问题。


“可再生、分布式、互联性、开放性、智能化五大特征,基本勾勒了以新能源为主体新型电力系统的特点。我们正在打造一个高比例可再生能源技术研发体系。”李卫东说。


伴随高比例可再生能源技术体系的构建,以风、光、储等为代表的新能源渗透率也在不断提高。



北京清能互联科技有限公司CTO赖晓文提醒,“在相对较低的新能源渗透率下,尚且能够通过系统调度的优化和市场机制的激励,激发现有资源的响应和互动,促成新能源的消纳。不过,在新能源渗透率达到相对较高的状态时,就需要对电源、电网、负荷、储能等方面的技术增配和升级开展相应的工作。”


在其看来,当前不少企业急需面向新型电力系统的规划和运行模拟的技术方法和工具,但传统的规划和模拟工具却存在五个相对不足。即,缺少低碳规划的模型;无法模拟新能源的随机出力;通常仅面向电力系统的典型运行方式开展,亟需全新的工具;需要大量的模型数据、边界条件的数据;可视化程度低。


“针对上述不足,我们提出了面向‘双碳’目标的源-网-荷-储协同规划与运行模拟解决方案。将模型和数据进一步聚合成服务,在数据层、计算层和展示层提供相应的服务支撑能力,从而支撑上层的六大应用,包括电网模型构建、运行场景预测、协同规划优化、持续运行模拟、大数据挖掘分析,以及全景综合展示。”赖晓文说。


值得一提的是,作为能源互联网供需之间互动的核心,储能的发展备受期待。


“未来,60%到70%的储能市场将源于新能源消纳。按照国家发改委的预期,未来五年储能市场将呈现十倍的增长。”北京海博思创科技股份有限公司张剑辉分析。


他进一步建议,“我们要考虑到,即使是强配,新能源如何能与储能一起联合参与电力市场的交易,促进新能源消纳。在满足经济性基础上,在新能源配置较多的地方,可建设共享储能电站,为周边新能源消纳服务,同时接受电网调度,参与电网的调峰调频。”



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