契合環(huán)巢湖生態(tài)高地的“零碳”新型電力系統(tǒng)

范榮琴，趙 剛，李博遜，左 奎

（1.國網(wǎng)巢湖市供電公司, 安徽 巢湖 238000；2.天地電研（北京）科技有限公司，北京 102206）

0 引 言

圍繞國家“雙碳”目標(biāo)，安徽省合肥市將推進(jìn)低碳城市和適應(yīng)氣候變化城市試點(diǎn)，探索建設(shè)環(huán)巢湖周邊1 km保護(hù)區(qū)“零碳”排放實(shí)驗(yàn)區(qū)。巢湖供電公司將借力環(huán)巢湖生態(tài)高地政策支持，打造環(huán)湖生態(tài)高地“低碳樣板區(qū)”，聚焦綠色能源、智慧能源等領(lǐng)域，提高利用效能，助力“雙碳”目標(biāo)落地。

1 面臨的挑戰(zhàn)

1.1 大規(guī)模新能源接入，接入和消納問題日益凸顯

風(fēng)、光、生物質(zhì)能等新能源的迅猛增長會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，將巢湖電源結(jié)構(gòu)由穩(wěn)定、可靠為主轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)性強(qiáng)、可控性弱的新能源發(fā)電為主。截止2021年底，巢湖清潔能源裝機(jī)47.56萬kW，發(fā)電量占全社會(huì)用電量的比重為21%，預(yù)測(cè)2025年、2030年裝機(jī)規(guī)模將分別達(dá)到76.5、105.8萬kW，發(fā)電量占全社會(huì)用電量的比重分別達(dá)到29.1%、41.6%，新能源接入和消納壓力大，同時(shí)風(fēng)、光等新能源發(fā)電具有較強(qiáng)的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)和保障壓力大[1]。

1.2 電能替代潛力巨大，加大了配網(wǎng)支撐負(fù)荷高效接入的難度

“雙碳”目標(biāo)加速了終端用能行為的調(diào)整，巢湖在工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤七M(jìn)電能替代的深度廣度，用戶側(cè)趨向高度電氣化，用電行為結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。隨著多元負(fù)荷的增多，多元負(fù)荷的隨機(jī)性可能會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)的負(fù)荷緊張，增加配電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，巢湖配電網(wǎng)迫切需要解決自身薄弱環(huán)節(jié)，完善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)需求側(cè)管理，強(qiáng)化配電網(wǎng)對(duì)電能替代負(fù)荷接入的支撐能力[2]。

1.3 協(xié)同運(yùn)行機(jī)理復(fù)雜，對(duì)調(diào)度控制系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)

當(dāng)前，巢湖市分布式光伏點(diǎn)多面廣，且多接于配網(wǎng)末端，暫未全面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)可觀可測(cè)可調(diào)可控。配電網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字化全息感知深度和廣度覆蓋不夠，難以支撐。分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行及參與市場(chǎng)交易，配電網(wǎng)調(diào)度呈現(xiàn)分散化趨勢(shì)，現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)組織體系難以適應(yīng)。需逐步構(gòu)建“全景感知、柔性控制、網(wǎng)源協(xié)同”的新型有源配電網(wǎng)調(diào)度體系，提升電網(wǎng)安全可控水平。

2 建設(shè)目標(biāo)及思路

2.1 建設(shè)目標(biāo)

（1）總體目標(biāo)。巢湖新型電力系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)為打造環(huán)巢湖生態(tài)高地、構(gòu)建“零碳”綜合示范，服務(wù)“生態(tài)高地”美麗巢湖建設(shè)。建成以光伏為主的新能源高效消納、堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同發(fā)展、數(shù)智賦能電網(wǎng)升級(jí)，支撐省公司新型電力系統(tǒng)高地建設(shè)，助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)[4]。

（2）分階段目標(biāo)。按照如圖1所示的巢湖新型電力系統(tǒng)建設(shè)總體目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2035年基本建成新型電力系統(tǒng)，2050年全面建成巢湖市新型電力系統(tǒng)。

圖1 巢湖新型電力系統(tǒng)建設(shè)分階段目標(biāo)

第一階段（2023年）：形成一批“看得見、摸得著、可展示”的示范成果，以層層演進(jìn)、不斷升級(jí)迭代的方式，形成可推廣、可復(fù)制模式。

第二階段（2024—2025年）：初步建成環(huán)巢湖生態(tài)高地·“零碳”綜合示范。率先建成環(huán)巢湖15個(gè)示范工程，新能源裝機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位，電能替代領(lǐng)域持續(xù)拓展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大幅完善。

第三階段（2025—2035年）：基本建成巢湖市新型電力系統(tǒng)，形成大電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式能源協(xié)調(diào)發(fā)展，電力和能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互濟(jì)互通，實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)規(guī)則逐步完善，碳市場(chǎng)與電力市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)的開放形態(tài)。

第四階段（2035—2050年）：全面建成巢湖市新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源體系。

2.2 建設(shè)思路

服務(wù)“雙碳”戰(zhàn)略落地，以需求和問題為導(dǎo)向，提出“1244”建設(shè)思路（見圖2），以“雙碳”目標(biāo)統(tǒng)領(lǐng)，實(shí)施15項(xiàng)精品示范工程，通過試點(diǎn)引領(lǐng)、場(chǎng)景先行、以點(diǎn)帶面、迭代升級(jí)，從局部到整體不斷演進(jìn)，闖出巢湖生態(tài)高地特色新道路[5]。

圖2 巢湖新型電力系統(tǒng)建設(shè)思路

3 相應(yīng)對(duì)策

3.1 重點(diǎn)任務(wù)

充分發(fā)揮巢湖生態(tài)治理政策優(yōu)勢(shì)，以五大爭(zhēng)先行動(dòng)為主線，從源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、數(shù)字賦能五大方面，按照示范先行、區(qū)域推廣、全域聚合“三步走”路線，建設(shè)綠色、堅(jiān)強(qiáng)、智慧、融合“四位一體”生態(tài)融合型縣級(jí)新型電力系統(tǒng)示范，重點(diǎn)謀劃實(shí)施好風(fēng)電、光伏、生物資能、化學(xué)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車充電樁等項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)協(xié)同發(fā)展[6]。

巢湖新型電力系統(tǒng)建設(shè)重點(diǎn)任務(wù)如圖3所示。

圖3 巢湖新型電力系統(tǒng)建設(shè)重點(diǎn)任務(wù)

3.2 示范場(chǎng)景

通過15項(xiàng)示范工程促進(jìn)新能源集中式與分布式發(fā)展，支撐大電網(wǎng)、配電網(wǎng)、通信網(wǎng)、配電自動(dòng)化等“1+N”融合發(fā)展，拓展多元用能模式，構(gòu)建源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制體系。

3.2.1 場(chǎng)景一：半湯中心供電所數(shù)字化提升工程

以數(shù)字物聯(lián)、協(xié)同共享、智慧服務(wù)為切入點(diǎn)，以業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯集、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)采集等為建設(shè)基礎(chǔ)，以基建升級(jí)數(shù)字轉(zhuǎn)型、數(shù)據(jù)挖掘提質(zhì)增效等為建設(shè)主線，達(dá)到優(yōu)化客戶體驗(yàn)、強(qiáng)化業(yè)務(wù)管控、提升作業(yè)效率、支撐管理決策、賦能巢湖生態(tài)發(fā)展的建設(shè)效果。

3.2.2 場(chǎng)景二：惠峰村“惠風(fēng)和暢 峰回路轉(zhuǎn)”鄉(xiāng)村振興示范工程

聚焦槐林惠峰村資源，發(fā)揮電網(wǎng)企業(yè)行業(yè)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)建“五個(gè)易”打造3個(gè)惠峰，即發(fā)展惠峰、綠色惠峰、和諧惠峰，大力推進(jìn)鄉(xiāng)村電能替代，體現(xiàn)“綠色發(fā)展、品質(zhì)服務(wù)”理念，助力鄉(xiāng)村振興。

3.2.3 場(chǎng)景三：數(shù)字化配電站房示范工程

數(shù)字化電房改造順利完成后，運(yùn)維人員只需通過遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面信息，就可以分析配電房內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電房的全面狀態(tài)感知、在線巡視、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判、數(shù)據(jù)共享，有效提升配電巡檢效率，提高配電站房及設(shè)備運(yùn)維全管理水平。

3.2.4 場(chǎng)景四：智能配電臺(tái)區(qū)及低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化工程

通過對(duì)配電變壓器運(yùn)行方式和低壓線路開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)低壓線路故障隔離和重構(gòu)、配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、低壓線路負(fù)荷調(diào)配、三相負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)等功能，提升低壓臺(tái)區(qū)自治和感知能力以及互聯(lián)和共享服務(wù)能力。

3.2.5 場(chǎng)景五：黃麓鎮(zhèn)零計(jì)劃停電示范區(qū)工程

通過開展不停電作業(yè)示范區(qū)建設(shè)，穩(wěn)步提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，加強(qiáng)不停電作業(yè)隊(duì)伍建設(shè)，創(chuàng)新不停電作業(yè)技術(shù)水平，推動(dòng)巢湖半島區(qū)域示范區(qū)配網(wǎng)不停電作業(yè)“全覆蓋”，并形成示范效應(yīng)。

3.2.6 場(chǎng)景六：基于“5G”技術(shù)的配電自動(dòng)化工程

5G技術(shù)和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)深度融合，形成新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施核心能力，給電力行業(yè)的發(fā)展帶來深刻變革。通過基于“5G”技術(shù)的配電自動(dòng)化示范，探索光纜敷設(shè)困難區(qū)域配電自動(dòng)化建設(shè)，為巢湖電網(wǎng)5G應(yīng)用起到了試點(diǎn)、示范作用。

3.2.7 場(chǎng)景七：適應(yīng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”縣域虛擬電廠智慧調(diào)控平臺(tái)建設(shè)

虛擬電廠作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，將不同空間的可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲(chǔ)能側(cè)和電源側(cè)等一種或多種資源聚合，實(shí)現(xiàn)自主協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，有利于提升電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡和安全保供能力。

3.2.8 場(chǎng)景八：居巢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)需求響應(yīng)

需求響應(yīng)不僅可以解決工業(yè)園區(qū)中能源線路的擁塞問題，而且可以加強(qiáng)供需平衡、提高市場(chǎng)流動(dòng)性、引導(dǎo)客戶改變能源需求。此外，還可以提高效率，減少對(duì)單一形式的能源的依賴，緩解電網(wǎng)運(yùn)行壓力。

3.2.9 場(chǎng)景九：烔煬鎮(zhèn)風(fēng)雨無憂配電網(wǎng)工程

烔煬鎮(zhèn)環(huán)巢湖沿線配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對(duì)較為薄弱，供電可靠性不高，抵御自然災(zāi)害能力較差，通過實(shí)施風(fēng)雨無憂配電網(wǎng)工程，提高烔煬鎮(zhèn)配電網(wǎng)整體供電可靠率、抵御自然災(zāi)害能力得以保障，為巢湖沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力支撐。

3.2.10 場(chǎng)景十：環(huán)巢湖港口全電碼頭綠色示范工程

全電碼頭讓港口進(jìn)入了綠色發(fā)展時(shí)代，達(dá)到節(jié)能減排目的，有效降低企業(yè)碳排放并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收益，政府通過補(bǔ)貼或稅收等方式支持港口企業(yè)推廣電動(dòng)重卡以實(shí)現(xiàn)降低碳排。

3.2.11 場(chǎng)景十一：“光儲(chǔ)充”一體化微電網(wǎng)示范

在新型電力系統(tǒng)背景下,微電網(wǎng)將成為未來電網(wǎng)的重要發(fā)展方向。通過智慧充電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接電網(wǎng)、電動(dòng)汽車、可再生能源、儲(chǔ)能和用戶之間的微電網(wǎng)，可充分發(fā)揮充電網(wǎng)的柔性支撐作用，最終實(shí)現(xiàn)新能源車用能綠色“零碳”的目標(biāo)。

3.2.12 場(chǎng)景十二：合巢經(jīng)開區(qū)構(gòu)建電動(dòng)汽車5 min充電圈

通過不斷優(yōu)化充電價(jià)格體系，探索開展各種充電增值服務(wù)，以管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新共同驅(qū)動(dòng)，打造合巢經(jīng)開區(qū)5 min充電圈，助力市民形成綠色低碳生活方式。

3.2.13 場(chǎng)景十三：中廟-姥山島旅游區(qū)“零碳”示范工程

以“全電景區(qū)”建設(shè)賦予綠色生態(tài)旅游新底色，是助力低碳發(fā)展的有效途徑。通過對(duì)中廟-姥山島景區(qū)電氣化、智能化改造及綜合能源管理等示范工程建設(shè)，爭(zhēng)取打造成全省乃至全國綠色生態(tài)旅游區(qū)零碳排放精品示范。

3.2.14 場(chǎng)景十四：散兵鎮(zhèn)廢棄礦山綠色修復(fù)工程

將光伏發(fā)電與礦山生態(tài)治理有機(jī)結(jié)合，如此不僅可解決土地資源利用問題，也可推動(dòng)生態(tài)環(huán)境治理。通過光伏+礦山修復(fù)相結(jié)合獲得多重效益，變廢棄礦山為 “金山銀山”。通過礦山轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸電氣化工程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，通過探索建立的多方商業(yè)合作模式，實(shí)現(xiàn)互利雙贏。

3.2.15 場(chǎng)景十五：黃麓鎮(zhèn)大學(xué)城公共建筑能效挖潛示范工程

通過對(duì)黃麓大學(xué)城高校能效診斷與分析，開展綜合能源服務(wù)，降低建筑的綜合能耗，促進(jìn)可持續(xù)性能效提升，打造黃麓大學(xué)城綠色零碳建設(shè)示范。

4 結(jié) 論

以建設(shè)環(huán)巢湖生態(tài)高地、構(gòu)建“零碳”綜合示范區(qū)電力系統(tǒng)為目標(biāo)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)為關(guān)鍵舉措，牢固樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的理念，開展新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，有效推動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)架柔性靈活、分布式資源主動(dòng)共享、控制模式高效智慧的新型配電網(wǎng)，打造巢湖先行示范樣板，助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)。