為大規(guī)模消納新能源探索新路徑

吳純新

世界首個(gè)縣域級(jí)100%新能源新型電力系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)湖北省隨州市廣水市100%新能源獨(dú)立供電，供區(qū)人口超過20萬。該新型電力系統(tǒng)是一種以新能源供電為主體，與大電網(wǎng)柔性互聯(lián)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)，面向未來的電網(wǎng)新形態(tài)。

截至8月28日，一個(gè)100%使用風(fēng)、光新能源供電的新型電力系統(tǒng)在湖北省隨州市廣水市已穩(wěn)定試運(yùn)行241天。它既是一個(gè)能確保風(fēng)、光新能源發(fā)電發(fā)得出、用得上的實(shí)用的現(xiàn)實(shí)電網(wǎng)，也是一個(gè)開放的、具有未來電網(wǎng)特征的試驗(yàn)平臺(tái)。

作為國家電網(wǎng)公司十大科技示范工程之一，世界首個(gè)縣域級(jí)100%新能源新型電力系統(tǒng)在廣水市落地，可實(shí)現(xiàn)廣水100%新能源獨(dú)立供電，供區(qū)人口超過20萬。該新型電力系統(tǒng)是一種以新能源供電為主體，與大電網(wǎng)柔性互聯(lián)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)，面向未來的電網(wǎng)新形態(tài)。

構(gòu)建該新型電力系統(tǒng)的意義何在？它又能如何服務(wù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展？

今年6月初，國家能源局組織11家研究機(jī)構(gòu)編制的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》發(fā)布。該藍(lán)皮書指出，新型電力系統(tǒng)具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征。

數(shù)據(jù)顯示，我國能源活動(dòng)排放的二氧化碳占二氧化碳排放總量的88%左右，電力行業(yè)碳排放占能源行業(yè)碳排放的42%左右。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，新型電力系統(tǒng)則是關(guān)鍵載體。

按全國電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)給出的定義，新型電力系統(tǒng)是以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)與多能互補(bǔ)為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)基本特征的電力系統(tǒng)。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)為何要轉(zhuǎn)向新型電力系統(tǒng)？

伴隨新能源發(fā)展，我國傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面臨三大困難：在用電側(cè)，用電負(fù)荷持續(xù)飆升；在發(fā)電側(cè)，極端天氣多發(fā)，加上燃料價(jià)格不斷升高，加劇了部分地區(qū)電力緊張狀況；在電網(wǎng)側(cè)，新能源電力大量接入，對(duì)電力系統(tǒng)安全構(gòu)成一定威脅。

國家能源局相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的系統(tǒng)工程，須統(tǒng)籌謀劃路徑布局，科學(xué)部署、有序推進(jìn)。

廣水憑借豐富的風(fēng)光資源優(yōu)勢(shì)，先行試點(diǎn)示范條件得天獨(dú)厚。

隨州是湖北新能源裝機(jī)占比最高、累計(jì)發(fā)電量最大的區(qū)域。截至7月底，隨州新能源并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)319.19萬千瓦，新能源滲透率達(dá)到267.93%，即新能源裝機(jī)容量約達(dá)到最大負(fù)荷的2.68倍。目前，廣水新能源裝機(jī)244兆瓦，最大負(fù)荷61兆瓦，新能源滲透率達(dá)到400%。

同時(shí)，廣水電網(wǎng)屬于末端電網(wǎng)，能較為方便地脫離主網(wǎng)，具備構(gòu)建新能源裝機(jī)占比可調(diào)（極限情況新能源裝機(jī)占比100%）、柔性負(fù)荷占比可變、機(jī)電—電磁環(huán)境可組合的多形態(tài)構(gòu)網(wǎng)條件，可為源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)等技術(shù)提供試驗(yàn)場地。

2021年12月，國網(wǎng)湖北電力在廣水市探索建設(shè)全球首個(gè)縣域級(jí)100%新能源新型電力系統(tǒng)科技示范工程，供電面積418平方千米，覆蓋廣水市主要商業(yè)、工業(yè)和居民客戶，為電網(wǎng)更好地接入和消納新能源探索新路徑，助力能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

“廣水新能源新型電力系統(tǒng)目前還處在第三階段調(diào)試，整體運(yùn)行平穩(wěn)，初步驗(yàn)證了風(fēng)、光、儲(chǔ)獨(dú)立支撐110千伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！眹W(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院新型電力系統(tǒng)研究中心高級(jí)工程師胡畔介紹，廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)是“以大電網(wǎng)為支撐，新能源供應(yīng)為主體，源網(wǎng)荷儲(chǔ)實(shí)時(shí)協(xié)同平衡運(yùn)行”的新型電力系統(tǒng)形態(tài)。

廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的電網(wǎng)系統(tǒng)，可以獨(dú)立運(yùn)行。但它與大電網(wǎng)的關(guān)系并非互不干涉，而是靈活的柔性互動(dòng)。風(fēng)、光發(fā)電“看天吃飯”，新能源新型電力系統(tǒng)不確定性較大，大電網(wǎng)可以對(duì)其進(jìn)行兜底保障。

胡畔說，該電力系統(tǒng)與大電網(wǎng)相連，離不開一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備——能量路由器。能量路由器相當(dāng)于一個(gè)閥門，它類似WiFi網(wǎng)絡(luò)路由器。當(dāng)能量路由器開啟時(shí)，新能源新型電力系統(tǒng)與大電網(wǎng)“牽手”；關(guān)閉時(shí)，則與大電網(wǎng)“分手”。

與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)從電源側(cè)經(jīng)輸電、變電、配電流入負(fù)荷端，電壓等級(jí)由高到低、潮流單向不同，借助能量路由器，新能源新型電力系統(tǒng)不僅可從大電網(wǎng)取電，當(dāng)本地風(fēng)電、光電有富余時(shí)還可反向給大電網(wǎng)送電，實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)之間的柔性互聯(lián)。

廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)是百兆瓦范圍內(nèi)供電規(guī)模最大、柔性負(fù)荷占比最大，全部由風(fēng)電、光伏為電源并可長期獨(dú)立運(yùn)行的100%新能源新型電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)首次構(gòu)建了近零慣量、全電力電子化的百兆瓦級(jí)高比例新能源電力系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全年100%新能源供電時(shí)間占比超70%，全年新能源供電量占比超80%。同時(shí)，廣水示范工程4個(gè)新能源電場、1個(gè)能量路由器站、5個(gè)光儲(chǔ)充站、2個(gè)變電站、17條饋線、703座臺(tái)變及相關(guān)用戶設(shè)施和儲(chǔ)能設(shè)施均已建模至數(shù)字孿生電網(wǎng)。該系統(tǒng)還可用于研究新型電力系統(tǒng)下的電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、電力電量平衡、故障特性等關(guān)鍵問題，為新型電力系統(tǒng)的理論構(gòu)建取得創(chuàng)新和突破提供真型試驗(yàn)場景。

建設(shè)新型電力系統(tǒng)需要改變傳統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性和電網(wǎng)形態(tài)，未來電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)需適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的復(fù)雜性。

為此，廣水示范工程科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出世界首套可支持百兆瓦級(jí)全新能源電網(wǎng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制系統(tǒng)，它可實(shí)時(shí)協(xié)同控制分布式電源、儲(chǔ)能、能量路由器等電力電子化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各種極端復(fù)雜功率波動(dòng)場景下，尤其是100%新能源獨(dú)立組網(wǎng)時(shí)的電壓、頻率穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)綠色高效、孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)安全可靠等多種需求。同時(shí)，該科研團(tuán)隊(duì)還研制出新能源及儲(chǔ)能機(jī)組成套構(gòu)網(wǎng)型控制器，并在真實(shí)電網(wǎng)中首次驗(yàn)證整站構(gòu)網(wǎng)特性，使得新能源發(fā)電裝備和儲(chǔ)能電源具備與煤電、水電等常規(guī)電源相近的性能。

自國家提出建設(shè)新型電力系統(tǒng)以來，我國電網(wǎng)企業(yè)以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展電力需求為首要目標(biāo)，以最大化消納新能源為主要任務(wù)，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，努力構(gòu)建并完善我國新型電力系統(tǒng)。

進(jìn)一步完善我國新型電力系統(tǒng)，可把小型真實(shí)場景研究得出的結(jié)論與新能源占比不斷提高的實(shí)際發(fā)展路徑相結(jié)合，建設(shè)數(shù)字孿生電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全景感知、智能決策，以云計(jì)算技術(shù)、人工智能算法為支撐保障新型電力系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行。

國網(wǎng)湖北省電力有限公司黨委書記、董事長吳英姿表示：“下一步，公司要全面落實(shí)率先建成湖北新型電力系統(tǒng)的工作方案，爭取2024年在鄂北建成國內(nèi)首個(gè)跨地市區(qū)域新型電力系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)大規(guī)模建設(shè)提供湖北成套解決方案?！?/p>