作為全面貫通生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及市場(chǎng)的能源系統(tǒng)演進(jìn)高級(jí)形態(tài)，能源互聯(lián)網(wǎng)不僅是清潔能源大規(guī)模開發(fā)、配置、使用的重要平臺(tái)，更成為突破能源發(fā)展資源約束、環(huán)境約束及時(shí)空約束的根本之策。
“能源互聯(lián)網(wǎng)是一種新型能源系統(tǒng)，可再生能源優(yōu)先，以電力為基礎(chǔ)，因此在‘雙碳’目標(biāo)下，能源互聯(lián)網(wǎng)的核心形態(tài)就是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。”在日前召開的“2021國家能源互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)”上，清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院高峰表示。
《2021國家能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報(bào)告》顯示，能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷經(jīng)了1970~2003年的概念孕育、2004~2013年的初步研究、2014~2016年的啟航出發(fā)、2017~2019年的試點(diǎn)示范，以及2020年至今的多元發(fā)展等五個(gè)階段。進(jìn)入2020年，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入方向更為聚焦的加速發(fā)展通道，政府與產(chǎn)學(xué)研各界積極行動(dòng)，以政策機(jī)制為導(dǎo)引，以科技創(chuàng)新為抓手，以產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為核心，謀篇布局。
配電網(wǎng)成“主戰(zhàn)場(chǎng)”
能源格局的深刻調(diào)整，使得電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)、形態(tài)、負(fù)荷特性以及運(yùn)行特性等具備全新特征，新型電力系統(tǒng)亟待加快構(gòu)建。
國網(wǎng)上海能源互聯(lián)網(wǎng)研究院劉海濤認(rèn)為，配電網(wǎng)將成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)。瞄準(zhǔn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，配電網(wǎng)將發(fā)生重大變革，將從以電能傳輸、分配為主的通道型設(shè)施，轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源聚合、優(yōu)化、交換，以及各利益主體平等交易的平臺(tái)型基礎(chǔ)設(shè)施。
國家電力投資集團(tuán)有限公司戰(zhàn)略規(guī)劃部主任何勇健也認(rèn)為，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的核心是“新型”，配電網(wǎng)將成為電力發(fā)展的主導(dǎo)力量。
“應(yīng)看到，配網(wǎng)側(cè)新型電力系統(tǒng)面臨諸多發(fā)展挑戰(zhàn)。配電網(wǎng)的發(fā)展變化速度快，但其發(fā)展目前還不平衡、不充分;配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)實(shí)施難度增大，運(yùn)行控制安全風(fēng)險(xiǎn)驟增，用能服務(wù)互動(dòng)需求多樣。”劉海濤提醒。
在其看來，未來配網(wǎng)側(cè)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，將通過設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)與裝備的革新，以“清潔低碳、安全可靠、柔性互動(dòng)、透明高效”為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最大化接納新能源發(fā)電和新型柔性負(fù)荷、實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)高效和最優(yōu)化，支撐現(xiàn)代能源體系的加速構(gòu)建。
另一邊，南方電網(wǎng)從今年3月開始，對(duì)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)也展開了深入研究，提出了四個(gè)階段建設(shè)路徑，通過頂層設(shè)計(jì)、分布實(shí)施、有序推進(jìn)新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，力爭在2030年前基本建成新型電力系統(tǒng)。
“新型電力系統(tǒng)最主要的特征是以新能源為主體，‘兩高和三性’(注：兩高是高比例新能源接入、高比電力電子設(shè)備應(yīng)用;三性是隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性)特點(diǎn)將帶來兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)，一是電力保障，二是慣量下降。”南方電網(wǎng)科學(xué)研究院曾勇剛坦言。
以云南電網(wǎng)和廣東電網(wǎng)為例，全年的高峰時(shí)段90%概率下可保證風(fēng)力出力是5%左右。照此計(jì)算，到2030年，南方電網(wǎng)新能源裝機(jī)將達(dá)到2.5億千瓦。按照5%計(jì)算，裝機(jī)替代只有1250萬千瓦，仍需規(guī)劃大量常規(guī)機(jī)組做電力保障。
“當(dāng)前，南方電網(wǎng)與云南電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了異步，廣東電網(wǎng)正在進(jìn)行柔性直流互聯(lián)，南方電網(wǎng)逐步變成3到4個(gè)交流同步電網(wǎng)。這將對(duì)系統(tǒng)慣性帶來更大影響。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)慣量應(yīng)更加關(guān)注，尤其要關(guān)注交流同步電網(wǎng)的頻率同步穩(wěn)定問題。”曾勇剛提醒，“歐洲現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)正是慣性下降問題。”
“通過對(duì)歐洲一些經(jīng)驗(yàn)的調(diào)研，有幾方面可以借鑒。第一是關(guān)注增強(qiáng)慣量，第二是提升頻率支撐，第三是加強(qiáng)區(qū)域互聯(lián)，第四是靈活的調(diào)節(jié)能力。”曾勇剛建議。
據(jù)了解，南方電網(wǎng)為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，正重點(diǎn)突破八項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，涉及規(guī)模化經(jīng)濟(jì)型儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)、新能源全面可觀可測(cè)可控技術(shù)、不同時(shí)間尺度的概率化電力電量平衡技術(shù)、新型電力系統(tǒng)慣量評(píng)估及頻率運(yùn)行控制技術(shù)、高度電力電子化的電力系統(tǒng)諧波及振蕩抑制技術(shù)、大規(guī)模新能源接入的全景仿真技術(shù)、電力電子變流設(shè)備構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)、電-碳聯(lián)動(dòng)的運(yùn)營技術(shù)等。
新能源滲透需技術(shù)加持
能源互聯(lián)網(wǎng)浪潮的興起，為推動(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)改造升級(jí)提供了有力抓手，也為培育清潔能源、綠色環(huán)保等新型產(chǎn)業(yè)帶來了發(fā)展機(jī)遇，不少企業(yè)爭先“入場(chǎng)”。
中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院李衛(wèi)東表示，能源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性行業(yè)，能源做不到萬物互聯(lián)，國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展就會(huì)呈現(xiàn)落后的形態(tài)。我們要想在沙漠和戈壁構(gòu)建萬億級(jí)新能源，必須依靠能源互聯(lián)網(wǎng)這一全新手段解決這一問題。
“可再生、分布式、互聯(lián)性、開放性、智能化五大特征，基本勾勒了以新能源為主體新型電力系統(tǒng)的特點(diǎn)。我們正在打造一個(gè)高比例可再生能源技術(shù)研發(fā)體系。”李衛(wèi)東說。
伴隨高比例可再生能源技術(shù)體系的構(gòu)建，以風(fēng)、光、儲(chǔ)等為代表的新能源滲透率也在不斷提高。
北京清能互聯(lián)科技有限公司CTO賴曉文提醒，“在相對(duì)較低的新能源滲透率下，尚且能夠通過系統(tǒng)調(diào)度的優(yōu)化和市場(chǎng)機(jī)制的激勵(lì)，激發(fā)現(xiàn)有資源的響應(yīng)和互動(dòng)，促成新能源的消納。不過，在新能源滲透率達(dá)到相對(duì)較高的狀態(tài)時(shí)，就需要對(duì)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能等方面的技術(shù)增配和升級(jí)開展相應(yīng)的工作。”
在其看來，當(dāng)前不少企業(yè)急需面向新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行模擬的技術(shù)方法和工具，但傳統(tǒng)的規(guī)劃和模擬工具卻存在五個(gè)相對(duì)不足。即，缺少低碳規(guī)劃的模型;無法模擬新能源的隨機(jī)出力;通常僅面向電力系統(tǒng)的典型運(yùn)行方式開展，亟需全新的工具;需要大量的模型數(shù)據(jù)、邊界條件的數(shù)據(jù);可視化程度低。
“針對(duì)上述不足，我們提出了面向‘雙碳’目標(biāo)的源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃與運(yùn)行模擬解決方案。將模型和數(shù)據(jù)進(jìn)一步聚合成服務(wù)，在數(shù)據(jù)層、計(jì)算層和展示層提供相應(yīng)的服務(wù)支撐能力，從而支撐上層的六大應(yīng)用，包括電網(wǎng)模型構(gòu)建、運(yùn)行場(chǎng)景預(yù)測(cè)、協(xié)同規(guī)劃優(yōu)化、持續(xù)運(yùn)行模擬、大數(shù)據(jù)挖掘分析，以及全景綜合展示。”賴曉文說。
值得一提的是，作為能源互聯(lián)網(wǎng)供需之間互動(dòng)的核心，儲(chǔ)能的發(fā)展備受期待。
“未來，60%到70%的儲(chǔ)能市場(chǎng)將源于新能源消納。按照國家發(fā)改委的預(yù)期，未來五年儲(chǔ)能市場(chǎng)將呈現(xiàn)十倍的增長。”北京海博思創(chuàng)科技股份有限公司張劍輝分析。
他進(jìn)一步建議，“我們要考慮到，即使是強(qiáng)配，新能源如何能與儲(chǔ)能一起聯(lián)合參與電力市場(chǎng)的交易，促進(jìn)新能源消納。在滿足經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上，在新能源配置較多的地方，可建設(shè)共享儲(chǔ)能電站，為周邊新能源消納服務(wù)，同時(shí)接受電網(wǎng)調(diào)度，參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻。”
