10月13日，2021國家能源互聯(lián)網(wǎng)大會在山東淄博會展中心正式拉開序幕。本屆大會以“聚力雙碳目標(biāo) ，清潔能源互聯(lián)創(chuàng)新”為主題。旨在積極響應(yīng)國家號召，圍繞能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型、新能源高質(zhì)量發(fā)展、新型電力系統(tǒng)建設(shè)、氫能/儲能技術(shù)發(fā)展、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)/示范落地/推廣應(yīng)用等展開研討、交流與成功經(jīng)驗(yàn)分享，為匯聚更多相關(guān)企事業(yè)單位加快新型電力系統(tǒng)建設(shè)、推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)新產(chǎn)品應(yīng)用、積極參與“雙碳”目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)行動計劃等指引方向。
南方電網(wǎng)科學(xué)研究院院長曾勇剛出席會議并發(fā)表題為《南方電網(wǎng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)》的主題報告。他表示，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，電力是主力軍，電網(wǎng)是排頭兵。南方電網(wǎng)從今年3月份開始，對構(gòu)建新型電力系統(tǒng)展開了深入研究，提出了分為四個階段的建設(shè)路徑。通過頂層設(shè)計、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)。
以下為發(fā)言全文：
曾勇剛：各位專家、各位領(lǐng)導(dǎo)、各位來賓，大家上午好!我報告的題目是《南方電網(wǎng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)》。主要有三個部分：一、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn);二、國際經(jīng)驗(yàn)的借鑒;三、關(guān)鍵技術(shù)。
眾所周知，習(xí)總書記在去年9月提出了“雙碳”目標(biāo)，3月15號又提出了構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，理論是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，電網(wǎng)是排頭兵。南方電網(wǎng)也是從今年3月份開始，對構(gòu)建新型電力系統(tǒng)展開了深入研究，提出了分為四個階段的建設(shè)路徑，通過頂層設(shè)計、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，大家都知道具有“兩高和三性”特點(diǎn)，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、波動性和間歇性，帶來了兩個方面的挑戰(zhàn)，第一是電力保障的挑戰(zhàn)，第二是慣量下降的挑戰(zhàn)。
右邊圖是典型光伏的出力曲線圖，從圖中可以比較直觀地來了解新能源的“三性”。隨機(jī)性就是看天吃飯，主要是出力取決于來風(fēng)和光照等自然條件，具有較強(qiáng)的不確定性。波動性主要是時高時低，相鄰時段和相鄰時段的變化大且不可控;間歇性主要是時有時無，對光伏來說是晝夜特性，對風(fēng)電來說存在連續(xù)多天的低出力現(xiàn)象。
以云南和廣東電網(wǎng)為例，全年的高峰時段90%概率下可保證風(fēng)力出力是5%左右。如果按照這個計算，預(yù)測南方電網(wǎng)2030年是2.5億千瓦的新能源裝機(jī)。按照5%來算，裝機(jī)替代只有達(dá)到1250萬千瓦，仍然需要規(guī)劃大量常規(guī)機(jī)組做電力保障。
對于波動性，最主要是對于短時發(fā)電功率影響大，對電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力要求非常高。以云南風(fēng)電為例，在2019年做過統(tǒng)計，日內(nèi)發(fā)電功率峰谷差最大達(dá)到了全省風(fēng)電裝機(jī)的60%。按照這比例來算，2030年，2.5億千瓦新能源裝機(jī)的60%日功率的波動將達(dá)到1.5億千瓦的數(shù)字，非常龐大的數(shù)!
對于間歇性，對電力供應(yīng)保證的挑戰(zhàn)主要是存在連續(xù)多日的低出力、光伏的晝夜間歇現(xiàn)象，對系統(tǒng)的供電能力提出了非常高的要求。比如以廣東桂山風(fēng)力發(fā)電為例，在2020年就出現(xiàn)過連續(xù)7天的低于20%的出力情況。由于大范圍連續(xù)多天低出力，將對新能源電力系統(tǒng)的電力保障有重大挑戰(zhàn)。由于這幾方面的問題是通過儲能是比較難以解決，因?yàn)槭沁B續(xù)墮天。如果通過常規(guī)的機(jī)組來解決的話，系統(tǒng)的運(yùn)行成本是非常高。
另外一個方面，由于南方電網(wǎng)與云南電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了異步，現(xiàn)在廣東電網(wǎng)正在進(jìn)行柔性直流互聯(lián)，也逐步南方電網(wǎng)變成3到4個交流同步電網(wǎng)。這方面對系統(tǒng)的慣性方面也帶來了更大影響。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，就對系統(tǒng)慣量更加關(guān)注，尤其是關(guān)注交流同步電網(wǎng)的頻率同步穩(wěn)定問題。
對于2020年至2060年南方電網(wǎng)的慣性進(jìn)行評估，通過評估從這兩個圖可以看出，到2035年左右主網(wǎng)系統(tǒng)慣性常數(shù)會降到2秒以下，云南電網(wǎng)因?yàn)槭钱惒降模?030年左右就會降到2秒以下。如果考慮到儲能以后，到2秒以下的時間會推遲大概10到15年左右。
另外一個指標(biāo)是初始頻率變化率，以南方電網(wǎng)800萬千瓦直流雙機(jī)閉鎖來考察頻率變化率的話，可以看到2020年到2035年由于同步機(jī)開機(jī)在逐步增大，總的慣量還是增大的，初始頻率在減少。2030年以后由于火電機(jī)組退役增速大于同步機(jī)的增速，所以總的慣量是在減少。但是如果考慮轉(zhuǎn)成慣量以后，也是會減少，抗干擾能力也會增強(qiáng)。初始頻率變化率具有重要的意義，現(xiàn)在國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對這方面沒有要求的，下一步相關(guān)的研究也在加強(qiáng)。
第二個方面，簡要介紹對歐洲電網(wǎng)調(diào)研情況做對標(biāo)
2019年，歐洲總裝機(jī)容量是1.2億左右，風(fēng)光裝機(jī)接近30%，發(fā)電量在20%。通過預(yù)測，2030年南方電網(wǎng)新能源發(fā)電量占比也是20%左右，就是與歐洲當(dāng)前的水平基本相當(dāng)。我們覺得歐洲的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對南方電網(wǎng)的2030年基本建成新型電力系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。
歐洲現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)還是慣性下降的問題，在2020年歐盟對歐洲書店系統(tǒng)運(yùn)營情況調(diào)查評估，慣性下降是列為第一位的。2019年的“8·9”大停電事故，由于南部電網(wǎng)遭受雷擊引起單相接地，部分機(jī)組脫網(wǎng)后頻率變化率達(dá)到0.135Hz/s，已經(jīng)超過了海上風(fēng)電的頻率變化率的保護(hù)定值0.125Hz/s，造成了再次機(jī)組脫網(wǎng)，加速系統(tǒng)頻率的跌落，誘發(fā)了低頻減載動作，導(dǎo)致英國損失負(fù)荷達(dá)到6.5%。
英國也采取了相關(guān)的措施，主要還是采取了新的慣性服務(wù)的方式，把一些關(guān)停的發(fā)電機(jī)組做了電動機(jī)運(yùn)行，以增加系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。
愛爾蘭和北愛爾蘭也是基于實(shí)時開機(jī)對慣量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。北歐頻率問題比較突出，超過0.1Hz的范圍的時間大幅度增加，未來改變傳統(tǒng)的模式，通過分區(qū)控制實(shí)現(xiàn)更有效的運(yùn)行和控制。
通過歐洲的一些經(jīng)驗(yàn)調(diào)研，我們覺得有幾個方面可以借鑒。第一個方面是關(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。
第三個方面簡要介紹一下南方電網(wǎng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要重點(diǎn)突破的一些關(guān)鍵技術(shù)，主要是有八個方面。
第一是規(guī)模化經(jīng)濟(jì)型儲能應(yīng)用技術(shù)。儲能是解決新型電力系統(tǒng)電力保障和電力慣性的重要舉措，重點(diǎn)要突破的關(guān)鍵技術(shù)比如GWh級儲能電站集成技術(shù)，包括梯次利用、綠氫制取的應(yīng)用技術(shù)。
第二是適應(yīng)多業(yè)務(wù)場景的新能源全面可觀可測可控技術(shù)，包括新能源多時空尺度精確預(yù)測技術(shù)、分布式可再生能源全景動態(tài)感知以及雙向互動的調(diào)控技術(shù)等等。
第三是不同時間尺度的概率化電力電量平衡技術(shù)，主要是針對新能源的隨機(jī)性、波動性、間歇性帶來的電力保障問題，主要解決規(guī)劃、調(diào)度業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。包括了兩個時間尺度的，一個是年月的時間尺度，一個是短時間尺度就是周和日的時間尺度。
第四是新型電力系統(tǒng)慣量評估及頻率運(yùn)行控制技術(shù)。
第五是高度電力電子化的電力系統(tǒng)諧波及振蕩抑制技術(shù)。這里面主要是解決電力電子化程度快速提升系統(tǒng)的寬頻震蕩以及諧振相關(guān)的問題。
第六是大規(guī)模新能源接入的全景仿真，里面需要突破的技術(shù)非常多，主要是建立覆蓋全網(wǎng)大規(guī)模的新能源全景仿真平臺，包括利用實(shí)時或者離線，主要是實(shí)現(xiàn)精確和實(shí)現(xiàn)高效仿真。
第七是電力電子變流設(shè)備構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)，主要是解決慣量問題。
第八是電-碳聯(lián)動的運(yùn)營技術(shù)及市場機(jī)制，包括基于電力流的碳計算模型及測算方法，以及碳足跡監(jiān)測及分析技術(shù)研究，以及電-碳市場的仿真模擬技術(shù)。
接下來，南方電網(wǎng)將充分發(fā)揮數(shù)字電網(wǎng)的承載作用和科技創(chuàng)新的支撐作用，推動關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與示范作用，加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)，全面服務(wù)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)!我的報告完畢，謝謝大家!
(本文根據(jù)會議現(xiàn)場發(fā)言嘉賓的速記整理而成，未經(jīng)本人審核。)
