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我国能源转型亟待规划新一代智能电网
(时间:2020-8-27 9:58:06)
  清洁低碳是能源转型的首要特征。“十四五”期间,国家将严格控制煤电,全面推进清洁替代和电能替代,未来,电力所占的市场份额将会越来越大。
  到2050年,我国能源行业将达到“两个50%”目标:电能在终端能源消费中的比重超过50%;非化石能源占一次能源的比重超过50%,这也对电网提出了更高的要求。
  急需发展特高压输电技术
  电网主要由联结成网的送电线路、变电站、配电所和配电线路组成。通常把由输电、变电、配电及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电网。
  我国正处于工业化、城镇化和能源结构转型的关键时期,电力需求长期保持较快增长。从2006年到2016年,全社会用电量已翻了一番,预计到2030年还将再翻一番,达到11万亿千瓦时,届时我国的人均用电量也仅为经合组织国家2006年的平均水平。
  当前,我国能源资源供需分布极不均衡。80%以上的可用能源资源包括清洁能源分布在西部、北部,70%以上的电力消费集中在东部、中部,供需相距800~3000公里,加之环境保护和土地资源“硬约束”,迫切需要发展大容量、远距离、高效率的特高压输电技术。
  特高压交流输电是指1000千伏及以上电压的交流输电技术,既可用于大容量远距离输电,也可用于构建电网骨干网架。特高压直流输电是指±800KV及以上电压的直流输电技术,可用于大容量远距离点对点输电,依托坚强交流电网实现电能转换。
  以金沙江下游4000万千瓦水电送华东为例,采用交流输电方案在技术上和经济上均不可行,采用常规±500KV、300万千瓦直流输电方案占地大、损耗高、极不经济,建设13回自西向东横跨2000公里的线路实际不可行,因此必须发展特高压直流输电技术。
  电网发展面临挑战
  当前,用电负荷尖峰化特点日益突出。预计“十四五”期间,全国电力负荷峰谷差率将逐年提升,“电力缺口大,电量缺口小”特点突出。若按最大负荷安排网架将造成产能过剩、投资浪费等问题。
  其次,电网运行控制特征日益复杂。“十四五”期间,华东、华中电网都将成为典型的多直流馈入电网,受端地区电网受入直流落点密集,交直流耦合日趋紧密;另一方面,新能源装机占比提升,其调峰、调频、调压特性与常规机组存在差距。电网发展需有针对性地加强交流系统承载能力,提高系统调节控制能力。
  另外,电网还面临实时平衡问题。新能源发电具有随机性、波动性和间歇性,新能源高比例接入电力系统后,增加了系统调节的负担,常规电源不仅要跟随负荷变化,还要平衡新能源的出力波动。
  随着配电侧能源供给日趋多元化,以分布式光伏、微型燃气轮机为代表的分布式发电技术,以蓄电池、超级电容为代表的储能技术,以冷热电联产、余热发电为代表的综合能源技术与配电网高度融合,这就要求实现多种能源综合效率的提升,提高配电网承载能力。
  配电侧用电负荷复杂化、互动化,包括以电动汽车充电桩、换电站为代表的互动式负荷,以智能楼宇、智能家居为代表的柔性负荷,都需要电网实现可观、可测、可控,满足多元化负荷灵活接入,实时监测和柔性控制。
  配电网的优质服务水平也亟待提升。随着能源交易的市场化水平提升,以电力市场为核心的能源市场逐步放开,供给侧与消费侧市场主体广泛参与、充分竞争,分时电价、峰谷电价、多方互动、综合能源交易等市场机制不断丰富,对配电网的服务水平提出了更高的要求。因此,也需要进行电力体制改革,放开增量配电市场。
  构建新一代智能电网
  国家提出的“两个50%”目标,意味着一半以上的能源生产和消费都将依靠电力系统来完成,未来电网发展需要不断提升能源资源配置能力,具备强大的灵活调节能力,打造各电压等级协调发展的坚强智能电网。
  首先,新一代电网广泛互联,需要搭建资源大范围优化配置平台。目前,我国能源开发与消费的基本情况是,70%水能资源在西南;80%陆地风能集中在“三北”;60%太阳能集中在西部和北部;70%以上的能源需求在东中部。通过广泛互联的新一代电网,可以实现全网发供用多能互补、时空互济、友好包容。
  其次,新一代电网应以智慧化、互动化为特征,与电力市场紧密融合。通过大数据技术分析处理电力系统海量在线数据;通过云计算技术快速准确实时仿真,在线决策;通过物联网技术提高发、输、配、用和电力市场全环节智能感知能力和实时监测水平;通过移动互联网技术加强信息通信支撑能力。
  新一代电网还将积极采用创新技术,如抽水蓄能、虚拟同步机、柔性直流输电、柔性交流输电等,提高新能源运行的灵活性和适应性。另外,新一代电网具有高度稳定性和可靠性,电网安全可控、能控。
  总之,实现能源转型,核心是新能源大规模开发利用,根本途径是能源生产消费再电气化,基础则是具有“广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控”特征的新一代电网。(■李文毅 作者系国家电网公司原副总工程师,本报记者李惠钰根据其在“首届中国电力新基建及能源互联网论坛”上的报告整理)
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