五大關(guān)鍵技術(shù)確保清潔供電

高舜安，國網(wǎng)冀北電力有限公司副總工程師，教授級高級工程師，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項——冬奧賽區(qū)100%清潔電力高可靠供應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范項目負(fù)責(zé)人。

近年來在新能源、輸電、配電及智能用電等領(lǐng)域先后獲得十余項省部級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎，組織指揮冬奧核心賽區(qū)奧雪110kV變電站的施工建設(shè)，參與協(xié)調(diào)冬奧配套的±500kV張北柔直電網(wǎng)工程康巴諾爾和中都換流站試驗(yàn)、調(diào)試工作。

開發(fā)利用可再生能源已成為世界各國保障能源安全、促進(jìn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的共同選擇。張家口與北京聯(lián)合舉辦北京2022年冬奧會，將國家級可再生能源示范基地綠電供應(yīng)到奧運(yùn)場館，是兌現(xiàn)“綠色辦奧”承諾的一項重要舉措。冬奧賽區(qū)100%清潔電力高可靠供應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范項目負(fù)責(zé)人、國網(wǎng)冀北電力有限公司副總工程師高舜安做了解答。

問：國家電網(wǎng)是如何保障北京2022年冬奧會供電的？

高舜安：2015年7月29日，國家批準(zhǔn)成立張家口可再生能源示范區(qū)，兩天以后，2015年7月31日，我國申辦本次冬奧獲得成功，這次冬奧會是由張家口和北京共同申辦。從那個時候開始，國家電網(wǎng)公司全力踐行“綠色、開放、共享、廉潔”的辦奧理念，把促進(jìn)張家口地區(qū)的可再生能源開發(fā)利用和保障冬奧“綠色、高效、可靠、運(yùn)行”作為我們兩大歷史使命，從此開啟了挑戰(zhàn)，也彰顯責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。

近6年以來，在新能源開發(fā)和保障供電方面，我們?nèi)〉玫某煽兛梢杂脢W運(yùn)精神三個字“快、高、強(qiáng)”來概括?！翱臁笔侵感履茉吹目焖侔l(fā)展。張家口的新能源從1995年底的700萬千瓦，到現(xiàn)在已經(jīng)超過了2000萬千瓦，翻了一番還要多。第二個是“高”，指電網(wǎng)輸送新能源以后，電力系統(tǒng)特性出現(xiàn)了新的特點(diǎn)：一是在電力系統(tǒng)中高比例的新能源，二是由于要輸送新能源，采用了大量的電力電子裝置，也就是說電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中所占的比例非常高，所以簡單說電力系統(tǒng)的雙高特性。第三個是“強(qiáng)”，為了保證奧運(yùn)供電，后面必須有一個堅強(qiáng)的供電網(wǎng)絡(luò)，也需要堅強(qiáng)的技術(shù)支撐?！翱?、高、強(qiáng)”的特點(diǎn)，有理由讓我們實(shí)現(xiàn)冬奧場館100%的清潔電力供應(yīng)。

問：要在冬奧賽區(qū)滿足100%清潔電力的高可靠供應(yīng)，是件不簡單的事。其中面臨著怎樣的技術(shù)難題？

高舜安：滿足冬奧賽區(qū)100%高可靠供應(yīng)，把張家口生產(chǎn)的可再生能源產(chǎn)生的綠色電力、清潔電力向北京輸送，國家電網(wǎng)專門建設(shè)了張北四端柔直工程，這是世界上電壓等級最高的柔直電網(wǎng)。但是，柔直電網(wǎng)和傳統(tǒng)電力系統(tǒng)有顯著不同，無論是新能源的匯集還是電力送出，采用的都是高比例電力電子裝置。高比例電力電子裝置耦合作用非常強(qiáng)，相互作用的機(jī)理很復(fù)雜，容易引起系統(tǒng)震蕩，可能造成送電中斷。這在國內(nèi)外新能源并網(wǎng)多次出現(xiàn)過，北京接受張家口新能源的輸送，我們必須解決這個問題，這是第一。

第二個問題是怎樣保證奧運(yùn)場館和奧運(yùn)賽區(qū)清潔電力的充裕。我們都知道，風(fēng)電、光電非常綠色，但是風(fēng)、光的隨機(jī)性和波動性非常強(qiáng)，也就是很不穩(wěn)定，可能很高，也可能很低，極端情況下可能是0。同時，因?yàn)槎瑠W會正好在北方，北方冬季正好是我們整個電力負(fù)荷的又一個高峰。新能源波動跟高峰疊加，有可能造成奧運(yùn)賽區(qū)清潔電力供應(yīng)短缺。因此，保證冬奧賽區(qū)電力供應(yīng)能夠?qū)崟r平衡，這是要解決的第二個問題。

第三個問題是保證供電可靠性。增加電網(wǎng)投資，配合自動化手段，提高供電可靠性，在一些發(fā)達(dá)地區(qū)可以說是通常做法。這次冬奧會冰雪場地不少在崇禮，這是主要賽區(qū)。崇禮相對于北京各個區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，從節(jié)儉辦奧和可持續(xù)發(fā)展的理念出發(fā)，崇禮賽區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)肯定不能夠像北京那樣適用充分投資政策。因?yàn)橥顿Y完了之后，它的負(fù)荷小，奧運(yùn)過后還得考慮利用價值問題。

基于剛才提到的三大保障任務(wù)及其面臨的困難和挑戰(zhàn)，我們聯(lián)合覆蓋產(chǎn)學(xué)研所有領(lǐng)域的9家單位組成了一個聯(lián)合申報團(tuán)隊，申報國家重點(diǎn)研發(fā)項目——冬奧賽區(qū)100%清潔電力高可靠供應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范國家項目。這個項目在2020年10月申報成功，項目確立了5個關(guān)鍵技術(shù)。

問：能否請您給我們詳細(xì)解釋一下這五大關(guān)鍵技術(shù)到底是什么？

高舜安：第一是100%可再生能源經(jīng)柔直電網(wǎng)送出的穩(wěn)定控制技術(shù)。我們通過這個技術(shù)有效抑制了系統(tǒng)發(fā)生震蕩的風(fēng)險，保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

第二是虛擬電廠技術(shù)，把社會上分散的資源聚集起來。通過虛擬電廠技術(shù)，首先看看周邊有沒有可以調(diào)節(jié)的負(fù)荷，把非奧運(yùn)場館的負(fù)荷降下來，這樣保證用電充足供應(yīng)。其次把其他電能有效調(diào)集起來，送到奧運(yùn)場館補(bǔ)缺口，實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)場館電力實(shí)時平衡。

第三是信息物理社會交互影響的源—輸—配—荷一體化高可靠供電技術(shù)。對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行智能化改造，讓這些設(shè)備的狀態(tài)可以感知到。通過互聯(lián)網(wǎng)的高度集成，實(shí)現(xiàn)信息物理社會高度融合，保證現(xiàn)場各種故障的預(yù)判，包括故障的處理，能夠做到非常高效。這樣就能夠提高供電的可靠性，減少設(shè)備的故障率。

第四是高寒條件下的儲能技術(shù)和即插即用技術(shù)。主要針對綠色應(yīng)急保障。傳統(tǒng)應(yīng)急保障，都是用柴油發(fā)電機(jī)。但是在奧運(yùn)保障上，我們說要實(shí)現(xiàn)綠色奧運(yùn)，也希望奧運(yùn)保障車清潔、綠色、環(huán)保。所以，我們研發(fā)了一款在張家口崇禮極寒條件下，比如零下30攝氏度，可以正?？焖賳?，也可以快速切換的移動新能源儲能發(fā)電車。一旦奧運(yùn)場館失電，這個車頂上去以后，場館用的還是清潔綠色的電。

第五是冬奧場館和冬奧供電網(wǎng)的數(shù)字孿生技術(shù)?？梢园亚懊嫠膫€技術(shù)相互作用的過程很好推演出來。它有海量的數(shù)據(jù)，可以在比賽的時候，為我們保障冬奧會的安全供電提供非常有用的信息，包括在應(yīng)急時輔助決策。

中國電科院新能源研究中心搭建新能源發(fā)電數(shù)字物理混合仿真平臺，解決關(guān)鍵技術(shù)難題。

這五個技術(shù)各有各的分工，各有各的應(yīng)用場景，但是又相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充，形成合力，保障冬奧賽區(qū)100%的清潔電力高可靠供應(yīng)。

問：您剛剛對這五個關(guān)鍵技術(shù)的提法比較專業(yè)，大家都很好奇，這些技術(shù)如果應(yīng)用到社會生產(chǎn)、生活當(dāng)中，會帶來哪些變化？

高舜安：第一，這些技術(shù)未來完善和繼續(xù)開發(fā)，有助于國家“雙碳”目標(biāo)的落地。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源電力先行是關(guān)鍵。在我國碳排放中，能源活動占到87%，電力占到40%，這個占比是非常大的。我們在奧運(yùn)場館已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電力近零排放。在奧運(yùn)場館能夠?qū)崿F(xiàn)，在其他地方也是能夠?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)然，這不僅僅是電力，里面涉及其他的發(fā)電行業(yè)，涉及其他用電的行業(yè)，如果都行動起來，是能夠推動我們國家“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的。

第二，有助于促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型。我們先解決新能源經(jīng)過電網(wǎng)可靠送出的問題，解決新能源的震蕩問題，讓新能源能送出去。同時我們又建立了一個柔性直流的孤島系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的示范性非常強(qiáng)。這個系統(tǒng)本身的安全可靠運(yùn)行，標(biāo)志著我們在某種程度上，至少在技術(shù)層面上是可以支撐這種新能源的可靠運(yùn)行的。我們相信，能夠建立起可靠的、滿足新能源消納和利用的電力系統(tǒng)。

第三是有利于促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。國家電網(wǎng)一直致力于將能源和數(shù)字結(jié)合起來，這能夠有效推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級改造，促進(jìn)數(shù)字中國建設(shè)。

新能源發(fā)電企業(yè)配合國家電網(wǎng)的相關(guān)發(fā)電設(shè)備，比如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電裝置，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。本身也能夠提高設(shè)備的制造水平，提高設(shè)備性能。我們剛才提到應(yīng)急電源車，實(shí)際上應(yīng)急電源車還有一個非常重要的功能，它可以作為移動儲能來用。這些移動儲能，將來能運(yùn)用到社會活動中和各種需要的地方，保證我們用上安全綠色的電。

第四，可以培養(yǎng)我們良好的用電習(xí)慣。可以通過虛擬電廠平臺進(jìn)行交易，直接從網(wǎng)上購買清潔電力，清潔電力是可以追溯的。

同時節(jié)省家里的負(fù)荷，包括電動汽車，現(xiàn)在都可以參與到能源互動過程中。這對于提高整個社會能源的綜合利用是非常有好處的，當(dāng)然也會降低碳排放。