以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備

文/李春來

0引言

在我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展的背景下，工業(yè)水平有了顯著進步，而這也加劇了能源的消耗。長期以來，我國一直以化石能源為主要消耗品，碳排放量大幅提升，致使氣候問題越來越嚴峻。而在我國電力系統(tǒng)動態(tài)發(fā)展的過程中，先進的技術(shù)與設(shè)備使我國新能源技術(shù)的使用越來越深入，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的進一步優(yōu)化，既滿足了人們生活、生產(chǎn)的需要，也契合了電氣化時代的發(fā)展趨勢。通過對光伏發(fā)電、風電、水電等新能源的開發(fā)，能夠進一步拓展我國的能源渠道。但先進技術(shù)的發(fā)展也對設(shè)備的應(yīng)用提出了更高的要求，構(gòu)建新能源為主體的新型電力系統(tǒng)也成了當前關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，但卻是一條可持續(xù)發(fā)展的道路，所以應(yīng)該開展深入的研究。

1以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建背景

在我國明確“雙碳”目標后，新能源的應(yīng)用成了必然趨勢，而造成這一趨勢的原因主要有以下3個方面，一是化石能源的大量消耗，不可再生的化石能源儲備逐漸減少，二是化石能源大量消耗導致的環(huán)境問題愈發(fā)嚴峻，三是能源安全問題的重視程度不斷增加。一直以來，化石能源的消耗量都較高，包括石油、煤炭等，而能源的消耗過程加劇了環(huán)境的負荷，導致環(huán)境污染問題較為嚴重，而電力系統(tǒng)對能源的消耗占比為整個能源行業(yè)的百分之四十，由此可見，以新能源為主的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建十分迫切。

新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建能夠挑起環(huán)境保護的大梁，通過大規(guī)模利用新能源，不僅能夠提高能源利用率，還能顯著降低污染排放量，所以是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中不可或缺的一環(huán)。借助新能源的有效應(yīng)用，也能降低我國對石油的依賴性，減輕對外的能源依存度，進而保障我國的能源供應(yīng)底氣。因此，新型電力系統(tǒng)在緩解環(huán)境矛盾、優(yōu)化能源配置、提高能源安全等方面有著顯著價值，有利于我國達成“碳中和”的目標，是提高國家核心競爭力的有效舉措，必須加強技術(shù)應(yīng)用，積極解決新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中存在的問題，進而發(fā)揮新能源的優(yōu)勢。

2以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)特點

目前，我國經(jīng)濟正處于提質(zhì)增效的重要轉(zhuǎn)型時期，已經(jīng)取得了良好的發(fā)展成果，而電力行業(yè)也要順應(yīng)社會經(jīng)濟的發(fā)展趨勢，落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，進而促進綠色環(huán)保型社會的構(gòu)建。

2.1 加快電氣化進程，提高發(fā)展質(zhì)量

電能已經(jīng)成為人們生活、生產(chǎn)中不可缺少的能源，電氣化時代更是由來已久，而電能替代的方式進一步提高了電氣化水平，使各個領(lǐng)域都朝著電氣化的趨勢發(fā)展。例如交通領(lǐng)域，鐵路列車的電氣化程度不斷提高，電氣化里程也不斷增加，混動汽車與純電汽車也得到了全面普及。由此可見，產(chǎn)電量的增加對社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型起到了較強的促進作用。居民的生活用電和社會用電都有了明顯的提高，新常態(tài)的用電量體現(xiàn)了社會的良好發(fā)展趨勢，各方面的發(fā)展都彰顯了電氣化進程的加快。

2.2 促進電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，落實綠色發(fā)展理念

在“雙碳”目標的指引下，電力系統(tǒng)的建設(shè)投資向新能源傾斜，化石資源的占比不斷下降。從發(fā)電裝機層面來看，煤電裝機容量下降到了一半以下，煤電裝機容量控制在了十一億千瓦以內(nèi)，滿足了規(guī)劃的目標。新能源發(fā)電量緩步上升，并且相較于同期的煤電發(fā)電量而言增速更快，由此可見，新能源電力系統(tǒng)的建設(shè)可行性較大。從清潔能源消納層面來看，消納程度顯著提升，棄水電量也明顯減少。從經(jīng)濟指標的層面來看，電力系統(tǒng)的電力水平不斷提升，技術(shù)層面不斷優(yōu)化，不僅很好地滿足了電力供應(yīng)，而且實現(xiàn)了電力的節(jié)能減排，是綠色發(fā)展理念的有效落實。

2.3加強農(nóng)村改造，實施鄉(xiāng)村振興

就我國的脫貧攻堅戰(zhàn)略而言，農(nóng)村電網(wǎng)的改造是重中之重，也在電網(wǎng)改造方面投入了大量的資金。農(nóng)村用電情況是鄉(xiāng)村振興的基礎(chǔ)，通過在農(nóng)村興建新能源為主體的電力系統(tǒng)，能夠最大限度地開發(fā)鄉(xiāng)村資源，同時也有利于提高電網(wǎng)覆蓋率，加強鄉(xiāng)村供電的穩(wěn)定性，進而解決貧困地區(qū)的用電難題，為鄉(xiāng)村發(fā)展提供有力支持。

3新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與裝備

“雙碳”目標的實現(xiàn)是一個持續(xù)性的過程，而以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建亦是如此，還需要持續(xù)性的完善，加強技術(shù)的創(chuàng)新和裝備的完善，才能從技術(shù)的層面打破建設(shè)瓶頸，提高新能源的利用率。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有力抓手，有著能源可再生、電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力強等特點，所以，在電力系統(tǒng)中大規(guī)模引入可再生能源，降低了不可再生能源的消耗量。就目前來看，新能源調(diào)峰調(diào)頻技術(shù)的應(yīng)用促使新能源占比在15%～50%之間，新能源不僅綠色無污染，投入成本也遠低于化石能源，所以，新能源與電力系統(tǒng)的有機結(jié)合，勢必會推動新型電力系統(tǒng)朝向穩(wěn)定化、智能化、節(jié)能化、高效化發(fā)展。

3.1 源網(wǎng)荷儲雙向互動技術(shù)

就源網(wǎng)荷儲雙向互動技術(shù)而言，應(yīng)加強數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)數(shù)字化賦能，進而實現(xiàn)從“源隨荷動”轉(zhuǎn)向為“源荷互動”，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲等方面的資源互動。在源、網(wǎng)、荷、儲各個環(huán)節(jié)中，電力電子變換器利用虛擬慣性控制的方式，能夠進一步優(yōu)化電網(wǎng)慣量支撐，滿足了新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性需求。同時，繼電保護技術(shù)有效縮小了電力系統(tǒng)事故的影響范圍，是維護系統(tǒng)穩(wěn)定運行的又一道防線。進一步減少同步電源，可減少新型電力系統(tǒng)的短路電流，故障電勢也隨之改變，將新型繼電保護裝置與數(shù)字化技術(shù)有機結(jié)合，是保障新能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，還需深入探索。

3.2虛擬同步發(fā)動機技術(shù)

就虛擬同步發(fā)動機技術(shù)而言，虛擬同步發(fā)動機技術(shù)能夠完成儲能的作用，進而提高新能源在電力井網(wǎng)中的適用性，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在新能源井網(wǎng)中加入儲能或運行的實時限功率狀態(tài)，即可優(yōu)化控制方式，進而保障調(diào)頻、調(diào)壓等方面的需求，使新能源井網(wǎng)與電力系統(tǒng)更加契合。

3.3 長周期儲能技術(shù)

新能源電力技術(shù)的優(yōu)勢在于無需借助化石能源的消耗，只需將光能、風能、水能等新能源轉(zhuǎn)化為電能即可，但劣勢在于新能源發(fā)電的可控性較低，因此就需要借助長周期儲能技術(shù)，將其與大型風力發(fā)電和光能發(fā)電相組合，即可實現(xiàn)新能源的穩(wěn)定發(fā)電，并且形成基礎(chǔ)負載發(fā)電廠，對降低碳排放和后期的零碳電力系統(tǒng)建設(shè)有著較強的推動作用。借助長周期儲能技術(shù)應(yīng)對新型電力系統(tǒng)隨機性、間歇性的發(fā)電方式，進而實現(xiàn)新能源的消納。儲能系統(tǒng)在儲蓄新能源電力的基礎(chǔ)上，兼具平滑新能源功率波動進而滿足負荷平衡的要求，具有跟蹤發(fā)電計劃、輔助“削峰填谷”等方面的用途，是優(yōu)化新型電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力的重要措施。在新能源接入比例不斷提高的背景下，儲能系統(tǒng)能夠最大限度地解決成本、容量、可靠性等方面的能量儲存問題，但也有著一定的局限性，難以應(yīng)對大規(guī)模的發(fā)電需求，這就需要加強技術(shù)開發(fā)與資源利用，進而共同實現(xiàn)電力系統(tǒng)的功率平衡調(diào)節(jié)。

3.4 信息技術(shù)與智能化技術(shù)

在我國“雙碳”目標的需求下，電力系統(tǒng)也要朝著智能化、自動化的趨勢發(fā)展，因此，大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等先進技術(shù)的應(yīng)用勢在必行。先進智能技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅提升新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，優(yōu)化電網(wǎng)的能量流與信息流。通過在新型電力系統(tǒng)中接入智能儀表、傳感器等裝備，即可實現(xiàn)在發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)的數(shù)字化控制，但由于大部分的技術(shù)與芯片來源于國外，這就需要合理應(yīng)用區(qū)塊鏈加密技術(shù)、入侵檢測技術(shù)等，進而優(yōu)化電力設(shè)備的信息安全防護措施，保障信息安全性。除此之外，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)正在朝著智能化、自動化的趨勢發(fā)展，所帶來的數(shù)據(jù)計算量和規(guī)模也隨之擴大，單獨的計算設(shè)備已經(jīng)難以滿足運算需求，所以，應(yīng)合理應(yīng)用云計算技術(shù)，通過加強電力系統(tǒng)的信息化建設(shè)，實現(xiàn)大規(guī)模、多維度數(shù)據(jù)的精準化處理，進而推動數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)。

除此之外，虛擬電廠技術(shù)、新能源直流組網(wǎng)技術(shù)、直流微電網(wǎng)技術(shù)等先進技術(shù)的研發(fā)與突破，都給以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建奠定了堅實基礎(chǔ)，是實現(xiàn)大規(guī)模、高比例新能源井網(wǎng)建設(shè)的源動力，所以，應(yīng)加強技術(shù)與設(shè)備研發(fā)，通過科學的運用進一步保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，使新能源逐漸成為電力系統(tǒng)的主力軍，降低碳排放量。

4結(jié)語

綜上所述，在經(jīng)濟迅猛發(fā)展的形勢下，能源轉(zhuǎn)型升級已是必然趨勢，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建也是必然結(jié)果，更是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的有力措施。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展逐漸趨于平穩(wěn)，但相應(yīng)的防控措施和復(fù)雜程度還有待提高，提高新能源的利用率勢在必行。就目前來看，新型電力系統(tǒng)的建設(shè)還存在著諸多方面的不足，包括穩(wěn)定性、安全性、可靠性、經(jīng)濟學等方面，還需要加強關(guān)鍵技術(shù)與裝備的協(xié)調(diào)，加大科研的力度，進而提高我國節(jié)能減排的效率，促進社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。