中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)前，我國(guó)新型電力系統(tǒng)加快建設(shè)，新能源逐步向主體電源演進(jìn)，終端消費(fèi)電氣化水平不斷提升，電力遠(yuǎn)距離配置能力不斷增強(qiáng)，新時(shí)代電力發(fā)展成效顯著。與此同時(shí)，電力供需平衡壓力疊加系統(tǒng)安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，電網(wǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展問題亟待破解。新時(shí)代電網(wǎng)發(fā)展要統(tǒng)籌把握好網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與支撐電源、新能源與傳統(tǒng)機(jī)組、交流與直流、主網(wǎng)與配網(wǎng)之間的關(guān)系，加快電力技術(shù)創(chuàng)新、示范與應(yīng)用。本文結(jié)合我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)踐，提出對(duì)電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的幾點(diǎn)思考，為統(tǒng)籌轉(zhuǎn)型與安全提供參考。
新時(shí)代電力發(fā)展“量質(zhì)”并重
我國(guó)新時(shí)代電力發(fā)展以消費(fèi)側(cè)電氣化、生產(chǎn)側(cè)清潔化、配置側(cè)廣域化“三化”為重要趨勢(shì)，不斷實(shí)現(xiàn)“量”的突破和“質(zhì)”的升級(jí)，為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民對(duì)美好生活需要、落實(shí)“雙碳”目標(biāo)提供堅(jiān)強(qiáng)保障。
消費(fèi)側(cè)電氣化驅(qū)動(dòng)用電需求持續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)已進(jìn)入新發(fā)展階段，以高技術(shù)、高效能、高質(zhì)量為特征，新質(zhì)生產(chǎn)力快速發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。可靠、穩(wěn)定、綠色的電力供應(yīng)將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要保障。以AI智算中心、黑燈工廠、智能家居為代表的新質(zhì)生產(chǎn)力創(chuàng)新和全社會(huì)電氣化、智能化發(fā)展將推動(dòng)電力需求不斷增長(zhǎng)，過去提出用電負(fù)荷飽和的假設(shè)已不再適用。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)用電量有望達(dá)到約13萬(wàn)億千瓦時(shí)，到2050年達(dá)到約19萬(wàn)億千瓦時(shí)。
生產(chǎn)側(cè)清潔化推動(dòng)新能源成為主體電源。在供應(yīng)側(cè)，我國(guó)風(fēng)電、光伏等新能源將在較長(zhǎng)一段時(shí)期保持較快的發(fā)展速度，逐步成為電力系統(tǒng)裝機(jī)和電量供應(yīng)的主體，電力清潔化程度不斷提升。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)新能源總裝機(jī)有望達(dá)到21億~29億千瓦，裝機(jī)占比45%~54%，成為裝機(jī)主體，發(fā)電量占比27%~36%。到2050年，新能源總裝機(jī)將達(dá)到55億~68億千瓦，裝機(jī)占比66%~71%，發(fā)電量占比52%~63%，成為電量供應(yīng)的主體。
新能源安全高效利用需要電網(wǎng)發(fā)揮更加關(guān)鍵作用。從我國(guó)各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、資源稟賦、產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)綜合來(lái)看，未來(lái)東中部將保持電力消費(fèi)中心的地位。而我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源資源則集中于西部、北部和東部沿海。這種資源與需求的逆向分布格局決定了我國(guó)“西電東送、北電南供、海電西濟(jì)”的多方向、大容量、遠(yuǎn)距離電力配置的總體格局。東中部地區(qū)分布式新能源需要構(gòu)建雙向靈活的配電網(wǎng)解決接入和消納問題；西部、北部和海上新能源基地的電力需要大通道更遠(yuǎn)距離、更大規(guī)模輸送至負(fù)荷中心大電網(wǎng)，解決資源配置問題。新能源規(guī)模化開發(fā)與利用，決定了電網(wǎng)在新能源基地組網(wǎng)、遠(yuǎn)距離大容量外送、受端主配微電網(wǎng)協(xié)同中將起到越來(lái)越重要的作用。
轉(zhuǎn)型過程中，電網(wǎng)安全形勢(shì)更加嚴(yán)峻。電力安全穩(wěn)定供應(yīng)和綠色低碳轉(zhuǎn)型既是總體目標(biāo)，也是矛盾挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是“源隨荷動(dòng)”的受控系統(tǒng)，而新能源發(fā)電由氣候和氣象條件主導(dǎo)，成為電源側(cè)的主要擾動(dòng)來(lái)源；新能源大基地的開發(fā)持續(xù)向電網(wǎng)薄弱地區(qū)，甚至無(wú)電網(wǎng)覆蓋的無(wú)人區(qū)拓展，輸電距離進(jìn)一步增大，運(yùn)行支撐能力顯著下降；大量電力電子設(shè)備并網(wǎng)、東中部支撐性同步電源比例下降，導(dǎo)致系統(tǒng)“空心化”，電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性由同步機(jī)原理主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏﹄娮涌刂浦鲗?dǎo)，電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和通道的有功、電壓支撐能力下降。電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程中，電網(wǎng)故障形態(tài)的特征和機(jī)理更加復(fù)雜，呈現(xiàn)同步穩(wěn)定與新形態(tài)穩(wěn)定問題疊加的特點(diǎn)，極端事件下易發(fā)生連鎖雪崩式故障，需要規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行各環(huán)節(jié)系統(tǒng)性應(yīng)對(duì)。
對(duì)未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的幾點(diǎn)思考
一是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)受端電網(wǎng)，穩(wěn)固支撐水平。持續(xù)加強(qiáng)和優(yōu)化受端同步電網(wǎng)主網(wǎng)架，完善各區(qū)域特高壓/超高壓交流主干電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、互聯(lián)互濟(jì)的受端堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。各區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部，在交流輸電通道密集、新通道建設(shè)邊際效益降低、以及通道土地資源稀缺的地區(qū)，建設(shè)一些區(qū)域內(nèi)的嵌入式直流或者交改直工程，如蘇北-蘇南跨江柔性直流工程，構(gòu)成交直流混合輸電網(wǎng)的新模式，提升系統(tǒng)可控性，獲得更好運(yùn)行靈活性和綜合效益。
較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)傳統(tǒng)可控電源仍將發(fā)揮關(guān)鍵支撐作用。統(tǒng)籌各方面條件，在必要的受端地區(qū)保留部分高效煤電、氣電，用于頂峰調(diào)節(jié)和電網(wǎng)安全支撐，并利用電-氫-碳協(xié)同技術(shù)在中遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)零碳排放。同時(shí)，積極發(fā)展水電和核電，特別是抽水蓄能、混合（變速）抽蓄等零碳可控電源，到2030年?yáng)|部抽水蓄能投運(yùn)容量超過全國(guó)的70%，成為受端電網(wǎng)重要的調(diào)節(jié)支撐資源。大容量機(jī)組要在特高壓交流網(wǎng)架不斷完善的過程中，接入關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，提升電網(wǎng)本質(zhì)安全水平。
二是以縣域、臺(tái)區(qū)為單元，提高受端電網(wǎng)內(nèi)部自平衡水平。當(dāng)前，受端省份的一些時(shí)段新能源出力占總發(fā)電已達(dá)到80%，分布式電源高滲透的縣域電網(wǎng)、臺(tái)區(qū)出現(xiàn)大容量的潮流倒送。建設(shè)用戶側(cè)儲(chǔ)能，因地制宜發(fā)展受端微電網(wǎng)，實(shí)施配電網(wǎng)感知和控制提升工程，采用虛擬電廠等模式，充分發(fā)揮雙向配電網(wǎng)和有源微電網(wǎng)靈活調(diào)控能力，促進(jìn)分布式新能源的分層分區(qū)、就近自平衡，形成受端電網(wǎng)主-配-微分級(jí)協(xié)同、各級(jí)自治的發(fā)展格局，提升電網(wǎng)對(duì)分布式新能源的承載能力。
三是新能源基地“分散化”并網(wǎng)，與送端電網(wǎng)形成清晰界面。沙戈荒大基地2030年規(guī)劃規(guī)模超過4.5億千瓦，已經(jīng)與西部地區(qū)總用電負(fù)荷量級(jí)相當(dāng)，基地外送系統(tǒng)的擾動(dòng)或故障將對(duì)送端同步電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊，嚴(yán)重影響送端地區(qū)的供電安全。借鑒我國(guó)大型火電基地、水電基地等傳統(tǒng)電源基地外送系統(tǒng)構(gòu)建的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮規(guī)模與輸電距離，與受端毗鄰的新能源基地可采用交流輸電方式打捆送出，在結(jié)構(gòu)上與當(dāng)?shù)亟涣麟娋W(wǎng)形成簡(jiǎn)單清晰的弱連接關(guān)系。距離遠(yuǎn)、規(guī)模大的新能源基地，采用直流送出，送端不與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)連接，采用自主化運(yùn)行方式。結(jié)合地理位置，構(gòu)建覆蓋多個(gè)大基地的直流送端電網(wǎng)。未來(lái)“西電東送”直流工程規(guī)模將超過50回，海上風(fēng)電基地送出需求也將快速增長(zhǎng)，采用柔性直流技術(shù)組網(wǎng)，加強(qiáng)送端的各基地間、各海區(qū)間互聯(lián)，形成“多源多通道協(xié)同”的基地直流電網(wǎng)，既可調(diào)劑多回直流間的電力電量余缺，又可利用直流通道裕度提升基地電網(wǎng)的安全水平?？傮w規(guī)劃上，要避免出現(xiàn)多個(gè)通道通過交流電網(wǎng)形成同送同受、交直流并列等情況，從結(jié)構(gòu)上降低連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)。
四是創(chuàng)新基地發(fā)展模式，提升外送電清潔化水平。隨著碳達(dá)峰時(shí)點(diǎn)的臨近，配套火電機(jī)組進(jìn)行支撐的基地外送模式無(wú)法滿足降碳發(fā)展要求，將不可持續(xù)。在傳統(tǒng)支撐能力不斷減弱的過程中，新能源基地將面臨新舊穩(wěn)定問題交織的困難，當(dāng)前短路比低于1.5的基地已不斷增多。要?jiǎng)?chuàng)新新能源大基地開發(fā)模式，考慮系統(tǒng)頻率、電壓運(yùn)行要求，使其逐步具備自主運(yùn)行能力，新能源發(fā)電機(jī)組成為系統(tǒng)穩(wěn)定責(zé)任的承擔(dān)者。一方面，可以采用具備構(gòu)網(wǎng)能力的新型直流；另一方面，可以采用構(gòu)網(wǎng)型機(jī)組、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能等技術(shù)。綜合考慮基地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既要全面提升基地支撐能力，又要重視補(bǔ)強(qiáng)基地內(nèi)部薄弱節(jié)點(diǎn)。此外，還應(yīng)積極探索電-氫-碳耦合模式，將新能源發(fā)電、煤電、制氫、碳利用等環(huán)節(jié)有機(jī)整合，“十五五”期間率先在西部、北部大基地開展“綠電制氫氨+摻氨發(fā)電”示范，協(xié)同火電降碳與穩(wěn)定支撐。
推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，破解發(fā)展難題
遠(yuǎn)距離大容量高安全直流輸電技術(shù)創(chuàng)新。應(yīng)用更先進(jìn)的電力電子器件，創(chuàng)新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，引入功率型儲(chǔ)能器件等，發(fā)展如CLCC、HCC、SLCC、主動(dòng)型MMC等新技術(shù)，有效提高輸電通道可靠性、解決換相失敗問題，適應(yīng)新能源出力波動(dòng)帶來(lái)的功率擾動(dòng)。主動(dòng)型MMC在換流器中分散布置儲(chǔ)能裝置，每個(gè)MMC子模塊通過雙向DC/DC變換器與儲(chǔ)能裝置連接，發(fā)揮直流系統(tǒng)安全防火墻作用，可以實(shí)現(xiàn)交直流系統(tǒng)的隔離運(yùn)行。
直流組網(wǎng)技術(shù)工程應(yīng)用。從系統(tǒng)短路比、慣性、有功/無(wú)功支撐等方面研判，綜合利用柔性直流電網(wǎng)、構(gòu)網(wǎng)型機(jī)組、二極管不控整流等技術(shù)，形成各類組合式創(chuàng)新技術(shù)方案，如在西部地區(qū)構(gòu)建基于柔性直流輸電技術(shù)的網(wǎng)格狀、環(huán)網(wǎng)狀、母線型的直流電網(wǎng)。歐盟與美國(guó)也分別提出“推進(jìn)海上網(wǎng)狀高壓直流輸電網(wǎng)”、“Macrogrid”等直流電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃。
充分挖掘可控機(jī)組的調(diào)節(jié)潛力。存量煤電機(jī)組積極探索深度調(diào)峰，最小穩(wěn)定出力向15%甚至更低發(fā)展。推動(dòng)流域梯級(jí)水電運(yùn)行優(yōu)化，新建水電機(jī)組配置調(diào)相功能，積極發(fā)展混合抽蓄、變速抽蓄。各類同步機(jī)組按需加強(qiáng)勵(lì)磁系統(tǒng)，提升電壓支撐能力和調(diào)節(jié)靈活性，包括增大過勵(lì)倍數(shù)、提升勵(lì)磁電源和轉(zhuǎn)子的過負(fù)荷能力等。
構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)研發(fā)、示范與應(yīng)用。優(yōu)先在超高比例新能源滲透的弱系統(tǒng)，開展源-網(wǎng)-儲(chǔ)構(gòu)網(wǎng)型多主體協(xié)同規(guī)劃與控制示范，測(cè)試各種工況下的適應(yīng)能力；在負(fù)荷側(cè)探索應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型電氫雙向轉(zhuǎn)換技術(shù)，應(yīng)對(duì)同步機(jī)占比下降帶來(lái)的受端電網(wǎng)“空心化”問題。結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展實(shí)際，以白皮書、技術(shù)規(guī)范等形式支撐企業(yè)項(xiàng)目示范，在示范經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上加快制定適應(yīng)于新型電力系統(tǒng)的構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
電-氫-碳協(xié)同技術(shù)裝備研發(fā)與示范。重點(diǎn)研發(fā)適應(yīng)純新能源電源的構(gòu)網(wǎng)型電解水制氫技術(shù)，寬負(fù)荷波動(dòng)的柔性合成氨、甲醇工藝，重型純氫（氨）燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，煤摻氨清潔高效燃燒關(guān)鍵技術(shù)，無(wú)焰富氧燃燒和加壓富氧燃燒技術(shù)等，建設(shè)電氫碳協(xié)同能源系統(tǒng)綜合性交叉研究平臺(tái)，在西部、北部地區(qū)設(shè)立示范區(qū)，開展新能源基地化開發(fā)和配套煤電的降碳轉(zhuǎn)型示范，為電-氫-碳協(xié)同集成控制、大規(guī)模柔性制氫、綠色化工、高效富氧燃燒、大型火電機(jī)組摻氨等提供技術(shù)儲(chǔ)備和實(shí)證經(jīng)驗(yàn)。
