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专家们怎么看新能源发展与消纳?又提出哪些建议?

2020-07-14 10:16:35 国家电网报

6月16日开幕的第三届清洁能源发展与消纳专题研讨会以“能源互联、清洁发展”为主题,已通过线上方式持续近一个月,将于7月17日闭幕。300余位电力行业专家参会,围绕能源互联网、清洁能源发电并网技术、运行控制及管理技术、大数据及人工智能等新技术应用等话题交流研讨。现集纳部分参会专家的主旨报告发言,以飨读者。

崔伟 李征 李武璟 整理

坚持电源结构清洁化转型不动摇

中国科学院院士 周孝信

习近平总书记提出的“四个革命、一个合作”能源安全新战略为我国能源转型发展指明了方向。我国能源转型战略的重要指标是,到2030年全国非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%。综合考虑人均负荷需求、经济发展、环境要求等因素,根据当前非化石能源消费占比及年用电总量的预期增速进行测算,截至2030年全国非化石能源发电量占比仅能达到约44.8%,与目标差距较大。如果加快提升非化石能源消费占比,截至2030年全国非化石能源发电量占比可达到约53.0%,能实现能源转型目标。

以完成能源转型的战略目标为边界进行测算,截至2030年,全国非化石能源发电装机要达到26.19亿千瓦,占总装机比例提高至66.3%,年发电量5.66万亿千瓦时。非化石能源发电装机占比中,新能源装机占比超过70%,达到20亿千瓦;非化石能源发电量占比中,新能源发电量占比超过50%,达到2.92万亿千瓦时。清洁能源的健康高效发展,是实现能源转型战略目标的关键。

电源结构清洁化转型,重中之重在西北。预计至2030年,西北电网新能源装机将超过3亿千瓦,占比达国家电网经营区新能源装机的三分之一左右。西北电网通过革新技术、完善管理体系、推动利于清洁能源发展的政策出台,已走在绿色发展和能源转型的前列。截至目前,西北电网新能源装机已突破1亿千瓦,占全国新能源装机的四分之一;2019年新能源发电量突破1500亿千瓦时,约占全国的四分之一;新能源发电占比提升至18%,达到全国平均水平的两倍;新能源利用率超过93%,三年提高了22个百分点,减弃总量占全国的近70%。

在当前形势下,仍要继续坚持能源消费总量控制和非化石能源占比的目标不动摇,坚持电源结构绿色转型的方向不动摇,坚持满足人民日益增长电能需求的目标不动摇,最终实现国家能源转型战略目标。

加快开发海上风电 支撑我国能源转型发展

中国工程院院士 刘吉臻

当前,我国已成为世界上最大的能源生产和消费国,但能源发展过程中仍存在诸多问题:煤炭仍占主导地位、环境污染碳排放量高、用能效率和电能占比较低、新能源技术创新能力不足及能源安全形势严峻等,能源转型迫在眉睫。目前的战略思路是坚持化石能源清洁化、清洁能源规模化和多种能源综合化,以实现清洁低碳、安全高效的战略目标。

伴随着新能源的大规模开发利用,我国还存在一些瓶颈问题:新能源装机分布不均衡,与负荷中心呈逆向分布;部分地区新能源发电利用率不高;中东部陆上可再生能源资源有限。因此海上风电将成为我国大力发展可再生能源的必然选择之一。

我国发展海上风电综合优势明显,海上风能资源丰富、输电距离短,而且容易消纳、效率较高,同时可与“西电东送”(南通道)互补,与我国建设海洋强国战略高度一致。2019年我国海上风电新增装机198万千瓦,累计装机642万千瓦,仅次于英国和德国,位居全球第三。海上风电将成为我国能源转型战略的一个重要支撑。

目前,我国海上风电发展面临的主要问题有:对海上风电资源禀赋的认识不足,资源评估体系尚未建立;对于海上风电对能源转型的作用尚缺乏统一认识;国家层面的宏观统筹与整体规划缺乏;海上风电接入问题突出,缺乏海上电网顶层设计;对海上风电对电网格局和电力流的影响缺乏系统研究;装备研发能力和工程技术力量不足。

对于未来我国海上风电的发展,建议加大海上风电资源勘察力度,建立资源评估体系;加大国家层面的宏观统筹与整体规划;加快大规模海上风电开发对电网格局影响的研究;加强大规模海上风电组网规划及消纳方式研究;重点布局海上风电“卡脖子”技术重点攻关方向。

聚力“数字新基建” 建设能源互联网

国家电网有限公司总信息师 孙正运

为深入落实习近平总书记“四个革命、一个合作”能源安全新战略,顺应能源革命和数字革命融合发展趋势,积极履行政治、经济和社会责任,充分发挥国有企业“六个力量”重要作用,国家电网有限公司党组确立了建设“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标。在战略目标引领下,公司推动电网向能源互联网升级,将大有可为。

能源互联网建设的能源网架体系、信息支撑体系、价值创造体系,都离不开“数字新基建”的赋能。聚力“数字新基建”,就是完善现有的数字设备和系统,同时挖掘数字价值,以应用促建设。其本质是利用现有的信息和通信技术,提高电网效率和电力系统效率,让整个系统运行更科学高效。

公司聚焦大数据中心、工业互联网、5G、人工智能等“新基建”领域,以信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施为重点,已经确立“数字新基建”十大重点建设任务。今年公司计划投资约247亿元,预计拉动社会投资约1000亿元。

“数字新基建”将会让政府、上下游企业、客户及电网企业等普遍受益:服务政府,支撑政府科学监管、智慧城市建设;服务上下游企业,降低企业能耗、提高能源利用效率,助力产业升级;服务客户,实现响应更快速、体验更友好、内容更多元、服务更优质;服务电网企业,挖掘现有资源价值,实现生产更安全、运行更高效、投资更精准、决策更科学。

展望未来,公司将加强与社会各界的广泛合作,着力推动新兴产业升级发展,共同构建开放共享、互利共赢的能源生态,让更多主体参与价值创造和分享,赋能中小微企业,助力能源数字经济,带动产业链上下游共同发展,推动建设“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略落地,为服务经济社会发展作出更大贡献。

借助人工智能驱动大电网安全辨识与控制

四川大学电气工程学院教授 刘俊勇

当前电力系统规模不断扩大,复杂性和运行状态的不确定性加剧,系统安全稳定性面临巨大挑战。电力系统结构日益复杂,交直流混联、强直弱交成为大电网基本特征;组成成分趋于复杂,新能源及储能技术快速发展,大量新型电力电子设备接入大电网运行;运行不确定性增大,新能源出力及综合负荷的波动影响日渐凸显;分析模型复杂化,需要建立大规模、多时间尺度物理模型才能实现全面分析。

人工智能无疑是未来科技发展趋势中最亮眼的方向。大电网健康发展同样离不开人工智能的辅助。随着电网规模增大、新能源渗透率提高、预想事故集持续扩大,输电断面安全及电力系统暂态稳定辨识与控制问题不可回避。

为此,我们研究团队提出了人工智能解决方案:首先,基于全景全域数据和离线仿真数据,形成数据与人工智能驱动的电力系统断面安全、暂态稳定辨识;其次,通过对电网运行过程的薄弱环节识别、影响因素溯源,实现基于电网运行数据的实时监视与风险平抑控制;最终给出与物理模型互补的人工智能驱动控制决策。人工智能驱动的分析与调控方法技术,在电力系统中确有应用前景。西北电网在这方面已开始积极探索:通过研发基于多样化场景自动生成及深度学习的电网仿真计算机器人,建立各类稳定裕度指标体系,构建考虑多目标的大电网安全边界优化生成体系。

今年是电力行业降本增效关键之年。未来,电力行业与人工智能技术的融合将进一步加速,人工智能技术将成为智能互动、安全可控的新一代电力系统发展所需的基础性支撑技术之一,助力提升电力系统的安全性、可靠性和灵活性,促进电力行业质量变革、效率变革和动能变革。

加强新能源涉网研究 保障电网安全稳定运行

中国工程院院士 郭剑波

我国已成为风电和光伏发电发展最快的国家。截至2019年年底,全国风电装机2.09亿千瓦,光伏发电装机2.04亿千瓦,新能源占电源总装机的比重超过20%。预计到2050年,全国超过一半的装机将是新能源装机,发电量5.8万亿千瓦时,占比超过40%。

新能源具有波动性和随机性、低能量密度和低利用小时数等特性,新能源机组存在低抗扰性和弱支撑性的特点。随着并网规模的扩大,新能源电力的高效消纳和系统安全运行已成为亟待解决的世界性难题。

新能源装机大规模并网对电网安全稳定主要有以下几方面影响。一是新能源装机大规模接入导致系统惯量降低,有功调节能力下降。二是受制于新能源发电挤占常规机组开机空间,系统短路容量下降,无功备用降低,局部电压稳定问题凸显。三是新能源装机接入使得送受端之间随机性和不确定性增加,功角稳定特性复杂,对安控措施提出更高要求。

国网西北分部在国内率先推进新能源场站的快速频率响应工作,完成了电网频率扰动下新能源快速频率响应系统性试验,并具备了新能源场站快频功能入网检测能力,投入快频功能的新能源场站规模截至今年4月已累计突破1000万千瓦;持续推进直流近区风电场1.3倍耐高压能力改造及认证,有效提高了直流高功率运行方式下近区新能源的利用效率;持续加强系统保护建设,加快二次防御体系整体升级,在保障新疆西北联网通道安全稳定的前提下,拓宽了东西电网潮流交换能力,提升了电网运营质效。

为实现我国“50%”的能源转型目标,未来新能源装机规模会进一步扩大。对于高比例新能源电力系统,必须持续加强系统特性及对新能源调节能力的研究,由重点研究并网控制向新能源组网研究转变,加强新能源机组参与系统调频调压研究,增强其对电网的支撑能力,推动新能源长效健康发展。

构建信息物理融合能源系统 为能源革命奠定基础

中国科学院院士 管晓宏

当前,人类社会主要依赖化石能源的能耗模式难以为继,能源供应的清洁和绿色化势在必行。可再生能源利用目前遇到的主要挑战是,电能作为二次能源,尚无直接经济的储能技术,系统供需具有高不确定性。

信息物理融合系统是计算单元和物理对象在网络环境中高度集成交互而成的智能系统,实现物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同,是孕育中的第四次工业革命的基础。信息物理融合能源系统能够全面感知环境与能源信息,支撑能源供应的清洁和绿色化,支持信息流与能源流的双向流动,实现能源系统供需整体优化控制与决策,为应对挑战提供了新思路和新途径,为能源革命奠定基础。目前,信息物理融合可再生能源感知与接入、信息物理融合企业能源系统、信息物理融合楼宇能源系统等相关技术研究已成为信息物理融合能源系统领域的关注热点。

未来,能源构成和系统结构变革中,储能技术是关键。为应对能源互联网的结构变革和挑战,应考虑建设多样化分布式多能源系统的解决方案,实现系统节能增效和降低运行费用目标。另一方面,氢能可能成为与电能并重互补的二次能源,服务经济社会生活的各个方面。西北电网在构建信息物理融合能源系统方面开展了有益尝试,考虑高占比新能源电力系统特征明显,而自备电厂、高载能负荷比重大等实际情况,在储能大规模应用及高载能负荷参与电网调节两个方面展开工作,取得了良好成效。

从电力系统结构发展历程来看,自140年前特斯拉时代形成发电、输电、配电、用电结构以来,基本未发生改变。当下我们需要共同思考能源电力系统结构是否即将发生重大改变,以绿色、分布、市场为标志的能源革命是否即将到来。

强化电网运行管控 真正实现“绿色发展领先”

国家电力调度控制中心党委书记、教授级高工 董昱

为贯彻中央决策部署,国家电网有限公司提出了建设“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标,推动能源清洁转型发展。在这个大背景下,电网调度系统也从过去单纯关注大电网安全,发展到在保障电网安全的同时注重适应电力体制改革和市场化建设、促进清洁能源消纳、推动经营提质增效等多维精益目标管控,对技术升级和管理创新提出新的更高要求。

公司在发挥体制机制优势、打造坚强电网、提升管理能力、加快市场建设和强化技术支撑等方面都进行了积极探索,通过发挥统一调度模式优势,聚焦特高压输电和电网运行控制技术发展,试点开展跨区域富余可再生能源现货交易和辅助服务市场交易,深入研究大电网仿真技术、运行控制技术、电力电量平衡技术等,综合实现了大电网长时期安全稳定运行和新能源高效利用。

以西北电网为例,国网西北分部通过首创新能源发电快速响应和柔性调度机制,实现以新能源消纳为导向的电力生产全链条柔性化管理;通过推动河西电网750千伏第三通道加强工程、吉泉直流、青豫直流在西北建设投运,显著提升大电网新能源外送能力和资源优化配置水平;研究建立生产效能管理体系,通过损益量化分级、全局优化决策等措施,提升电网运行效率效益;创建西北调峰辅助服务市场,2019年累计增发新能源电量82.65亿千瓦时,释放深调能力704万千瓦,各市场主体累计调峰收益21.24亿元;建设一体化安全智能管控平台,建立了电网风险辨识、分析和决策防御体系,提升电网安全运行水平。

未来,随着新能源占比的进一步提高和市场化改革进程不断加快,电网运行管控能力仍需不断提升。调度系统将坚决落实公司决策部署,推进能源转型发展,顺应能源革命与数字革命融合发展大趋势,充分发挥大电网平衡能力,真正实现“绿色发展领先”。

开展关键技术研究 建好高占比新能源电力系统

西北电力调控分中心主任、教授级高工 张振宇

随着能源转型发展,我国新能源装机占比近10年来稳步提升,西北电网多项指标位居前列,新能源高占比电网特征明显。

在能源互联网认知方面,国网西北分部针对高占比新能源发展趋势,结合西北电网新能源占比高、外送规模大等特性,在系统认知、安全和平衡等方面开展研究探索。国网西北分部通过建立能源互联网能量平衡模型,以成本最小化为目标,证明电能是能源互联网的中心、高占比新能源电力系统是未来能源互联网骨干网络,从而明确了未来能源互联网构建模式及发展方向。

在高占比新能源电力系统安全方面,基于频率稳定是电网安全稳定方面的主要矛盾,国网西北分部建设了转动惯量监视与预警系统,结合系统保护和新能源快速频率响应创新实践,指导常规机组开机方式日前安排及日内调整,实现了高占比新能源送端电网频率风险的安全防控。

在高占比新能源电力系统平衡方面,国网西北分部通过平衡方程推导分析得出,要实现未来新能源利用率和发电量占比双重目标,必须引入负荷侧响应。国网西北分部基于概率理论,得到了在满足一定的新能源承载极限前提下,不同负荷响应水平与新能源利用率之间的量化关系,并积极开展负荷侧响应探索实践:通过辅助服务市场,调用负荷侧调峰能力,通过虚拟储能模式增加自备电厂下网功率,有效增加消纳空间。截至5月,西北电网今年已累计增发新能源电量56.91亿千瓦时。

实现西北新能源的开发利用和大规模外送,助推国家能源转型发展,是西北电网当前面临的重大课题和机遇。国网西北分部成立了大规模新能源智能管控与市场机制创新工作室,同时谋划了10项具备冲击国际领先水平的优势项目,需要行业内专家学者共同努力,在能源生产、转换、传输、消费和存储等环节开展深入合作和研究探索。




责任编辑: 李颖

标签: 能源互联网 储能 新能源消纳

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