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    構建新型電力系統的創新實踐分析

    中能傳媒研究院發布時間:2023-12-05 13:58:16  作者:韓繼園

      一、福建提出“三大三先”新型電力系統建設模式

      新型電力系統是新型能源體系的重要組成,是推動能源低碳轉型、助力實現“雙碳”目標的重要支撐。今年7月,中央全面深化改革委員會第二次會議審議通過了《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統的指導意見》,指出要加快構建清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統,要科學合理設計新型電力系統建設路徑。

      2021年,國家電網有限公司將福建省確立為推進新型電力系統建設的3個省級示范區之一。經過兩年的理論研究和實踐探索,國網福建省電力有限公司(以下簡稱國網福建電力)總結提出打造“三大三先”(打造東南清潔能源大樞紐、高能級配電網大平臺、“數字閩電”大生態,實現清潔發展水平領先、安全穩定水平領先、效率效益水平領先)省級高質量發展示范電網建設目標,為新型電力系統建設示范了福建模式。

      二、福建新型電力系統建設典型案例分析

      國網福建電力充分依托福建清潔資源稟賦優越、電源結構多元靈活、電力系統供需平衡、供電區域場景多樣的特征和基礎,以打造東南清潔能源大樞紐、高能級配電網大平臺、“數字閩電”大生態為抓手,努力實現清潔發展水平領先、安全穩定水平領先、效率效益水平領先的目標,高標推進新型電力系統省級示范區建設。本文選擇了三個典型的示范項目進行具體分析,以供借鑒參考。

      (一)平潭島全綠電供應

      1.基本情況

      福建平潭島是全國第五大島嶼,地處臺灣海峽與海壇海峽之間的突出部位,由于“狹管效應”影響,島上風力資源豐富,全年平均風速6.5~8.5米/秒,8級以上大風日大于90天。

      強勁的海風,曾為平潭海峽公鐵大橋的建設帶來不小的難度?;L為寶,2021年12月,平潭海峽公鐵兩用大橋照明工程分散式風電項目建成并網,通過配套風電裝機供電,對大橋全線公路層兩側、主塔和拉索等關鍵位置進行景觀照明。該工程是國內首個分散式海上風電項目,也是采用“自發自用、余量上網”模式,實現清潔能源就地利用的全綠電代表性工程。

      為滿足“綠電”全量送出需求,國網平潭供電公司全力推進配套電網工程建設,2012年以來累計投資19.06億元,新建110千伏及以上變電站6座,形成貫通平潭島南北的220千伏雙電源鏈式結構,與福州新區電網一起形成堅強環網。通過優化平潭主干電網的網架結構,綠色風電不僅可滿足本地用電需求,還進一步向島外輸送,推動經濟社會綠色化、低碳化發展。

      2.取得成果

      平潭島實現大型島嶼全綠電供應。綠色風電不僅能滿足本地用電需求,還能向島外輸送。風電年利用小時數接近4000小時。今年1—8月,平潭綜合實驗區清潔能源發電量共計12.56億千瓦時,是全社會用電量(8.46億千瓦時)1.48倍,清潔能源裝機容量占比100%,可每年減少碳排放近204萬噸。預計“十四五”期間,平潭風電總裝機容量將達187.83萬千瓦。

      3.經驗分析

      (1)平潭島是全國首個海上分散式風電并網發電項目。2021年12月,全國首個海上分散式風電項目——平潭海上分散式風電實驗項目投入運營,探索出海上風電發展新路徑。項目不僅能為平潭地區提供優質電能,助力平潭地區新型電力系統建設,作為全國首個海上分散式風電項目,也為海上風電的建設增加一條新途徑,對開發建設海上分散式風電項目具有示范引領作用,成為海上風電項目的一個里程碑。項目主供平潭海峽跨海大橋日常用電,自發自用,余電通過35千伏橋纜接入110千伏官樹下變電站在平潭就地消納。

      (2)保障綠電入網消納及輸出。為保障綠電消納及輸出,平潭主要開展了三方面工作:一是建強主配網網架結構,10~110千伏堅強配網保障綠電就地消納,盛風期時通過220千伏橋纜線路向福州市長樂區輸出綠電;二是通過建設120兆瓦共享儲能電站,補強電網調節綠電的能力;三是大力推廣電能替代,提升綠電就地消納能力。國網平潭供電公司以“全綠電”為基礎精準施策,打造高承載堅強主網架,做好清潔能源消納、電能替代、綠色調度和電網節能改造等工作,助推“雙碳”目標實現。

      (二)廈門高能級配電網

      1.基本情況

      廈門是福建省唯一的新型電力系統市級示范區,國網福建電力持續高起點、高標準打造廈門高能級配電網,聚力形成供電高可靠、網架高承載的能量配置樞紐,信息高融合、狀態全感知的智慧物聯體系,源荷高聚合、靈活全接入的開放共享平臺,服務高品質、低碳高能效的能源服務生態,為廈門城市建設提供優質可靠的供電保障。

      2.取得成果

      2022年,廈門全市供電可靠率達99.9944%,持續位居福建省首位、國內第一梯隊,達到國際先進水平。廈門市“獲得電力”指標獲評“全國標桿”,連續五年(2018—2022年)排名省內第一(2023年未開始評選)。2022年供電可靠性管理經驗獲評全國質量標桿。

      廈門全市自動化終端覆蓋率100%,清潔能源消納100%,廈門配電網居國內領先水平。

      在智能互動方面,廈門城區主次干層的“三遙”覆蓋率已達100%,10千伏饋線全部實現全自動FA功能,可在1分鐘之內實現網絡重構,智能化水平高于東京,在配電自動化主站功能應用方面優于新加坡(2018年提法,現在暫無參照)。

      在運維管理方面,國網廈門供電公司踐行“運維跑在故障前”,全面推進現代設備管理體系建設,建成新一代變電集控系統,打造貼近設備、適應數值化轉型的中臺組織。目前已完成102座變電站遠程智能巡視建設及應用,建成四個無人機輸變配協同自主巡檢示范區,搭建“纖網先知”光纖防外破系統,實現對核心片區電力管道的實時監測和主動預警,強化設備狀態全景感知。

      實現用戶零停電感知。廈門在全省首批試點打造“零計劃停電”示范區,一方面推進帶電作業工器具迭代、裝備智能化升級、管理數字化轉型,提升“全專業、全地形、智能化”的不停電作業能力,推進不停電作業管理與技術水平提升;另一方面加強停電檢修過程管控,細化計劃停電過程關鍵環節管控,壓降工程建設引起的計劃停電次數與時間。截至目前,廈門“零計劃停電”示范區已擴展至9個,惠及用電戶近18.6萬戶。

      3.經驗分析

      (1)打造“鉆石”型配電網。“鉆石”型配電網是廈門市高能級配電網建設的重要內容,也是廈門新型電力系統示范試點工程之一。“鉆石”配電網示范項目構建了以開關站為核心主干網、配電室為次干網的雙環網高能級配電網架,并配置“光差保護+自愈”功能,實現配電網網架結構再次升級。“鉆石”網架具有3個特點:實現故障快速自愈,400毫秒內可完成故障隔離重構,區域供電可靠率提升至99.999%以上;轉供能力強,不同變電站雙側供電,負荷轉供能力達100%,滿足檢修方式下“N-1”安全校驗;適應能力強,基于縱聯電流差動保護,適應大量分布式能源接入,且滿足環網合環運行條件。廈門市力爭年底前再完成26組“鉆石”型網架項目的儲備。

      (2)云端調控源荷儲。廈門供電公司依托省級調控云平臺,探索構建多元源網荷儲聚合的新型能源自治體系,創新“省—地—配—臺—戶”分層協同調控模式,貫通了500千伏省級電網至0.4千伏末梢電網,在網的每個節點設備都一覽無余。相較于原電網調度的“源隨荷動”模式,現在調度側通過省地一體化中低壓負荷預測、精準負荷控制、分布式能源群調群控等新技術,構建了統籌全網全電壓等級可調節資源,分層分區精細化調節電網的“源網荷儲協同互動”新模式。廈門供電公司對配電網負荷成分進行識別劃分,針對各類行業負荷及分布式電源的特征,建立預測模型,實現配電網負荷的精細化預測;通過功率群調群控模塊,規?;_展直調分布式光伏、自治臺區、分布式儲能協同互濟;與虛擬電廠平臺聯動實現對饋線、母線及變電站的可調節負荷量分析、調用,并實現緊急情況下開展主配協同精準負荷控制。

      (3)構建虛擬電廠平臺。今年6月,福建省首個虛擬電廠平臺在廈門上線運行。作為國網福建電力新型電力系統示范建設項目,廈門虛擬電廠平臺按照“政府主導、電力主動、社會參與”模式,以新能源最大化消納、經濟效益最優、電網系統運行最優為目標,構建多元實時可調負荷資源池,基于可調負荷預測分析和資源動態分配策略,參與各電壓等級電網調度協同控制,實現資源聚合調控和供需雙向互動,滿足負荷高峰用電需求,服務廈門高能級配電網建設。廈門虛擬電廠平臺上的可調節資源分為約時客戶和實時客戶,約時客戶按照約定時間響應電網需求,而實時客戶則實時響應電網需求。廈門供電公司積極引導各類資源主動參與交互,推動廈門市政府在省級需求響應政策基礎上,提高需求響應補貼標準,實時響應補貼最高達12元每千瓦時,同時引入區塊鏈技術,利用其不可修改、可溯源的優點,確保業務、資金公開透明。隨著更多分布式電源接入虛擬電廠平臺,虛擬電廠不僅能引導客戶在用電高峰期少用電,還能引導客戶在用電低谷期多用電、用綠電,助力解決電網的跨區平衡問題,緩解局部地區的用電緊張狀況。目前,廈門虛擬電廠平臺已聚合600多家參與主體約42萬千瓦可調資源。未來,廈門虛擬電廠平臺將探索更多靈活商業運營模式,依托平臺的運營管理和聚合能力,逐步實現輔助服務、電力現貨交易等更多綜合功能,實現資源統一協調控制,改變消費側用電習慣,培養全社會低碳用能消費觀。

      (三)長樂低壓透明電網

      1.基本情況

      長樂是福建省福州市轄區,福建省在此進行低壓透明電網建設示范。近年來,在配電網中,具備隨機、間歇、分散、不可控特性的新型用戶側設備海量接入,配網的復雜程度和運營管控難度出現指數級上升。國網長樂區供電公司深度結合應用人工智能、邊緣計算、區塊鏈等現代信息技術,提高配網作為電網“神經末梢”的全景感知、自動響應、供電路徑優化分析等能力,讓配電臺區、電網資源、設備狀態更加公開透明、微觀精準,為適應新生產要素和生產關系提供堅實的物理基礎。

      2.取得成果

      長樂供電低壓透明電網是福建省內首個臺區智能融合終端實用化試點單位,率先完成了智能融合終端縣域全覆蓋、建成了低壓透明電網,多達15個實用化應用場景在此落地,今年3月被評為國網“五市十縣能源互聯網示范區”之一。此外,國網長樂區供電公司還被評為2022年國網技術降損先進型示范區。

      3.經驗分析

      (1)電網更“透明”。與過去的傳統配電網相比,國網長樂區供電公司打造的低壓透明電網“透明”之處,主要體現在兩個方面:一是大范圍、高標準投入應用創新信息技術的軟件平臺和硬件基礎設施,實現對低壓臺區設備和用電數據的采集及應用能力、電能質量管理水平、故障自動響應速度的大幅提升,為供電服務、運維搶修奪得先機;二是配網供電能力的可視化,在完成臺區智能融合終端全覆蓋的基礎上,實現電網資源的公開透明化,讓用戶辦電、新能源并網更加便捷高效。截至目前,長樂低壓電網已完成智能融合終端安裝2692臺(覆蓋率100%)。如今,國網長樂區供電公司實現配電變壓器全監測、營配全交互、業務全上線,工作人員只要打開手機,各臺區的低壓拓撲、實時工單情況、配網可靠性監測、可開放容量、新型業務接入情況均躍然“掌”上、一目了然。

      (2)可靠性管控更“靈敏”。過去,傳統的低壓設備感知能力有限,臺區到用戶用電之間的鏈路存在感知盲區,無法做到及時感知用戶電能質量、有效定位故障等。而今,國網長樂區供電公司通過推動低壓透明電網建設,臺區全部實現了“配變—低壓出線—表箱—用戶”四級停電感知,推動低壓配網搶修模式由“周期式運檢+被動搶修”轉變為“工單驅動業務”。國網長樂區供電公司上線臺區智慧運維平臺App,既能實現精準定位故障源,又能主動建立運維工單,實現故障原因更快探清、檢修響應更加快速。為實現臺區自治目標,借助國家電網總部、國網福建電力的技術力量,國網長樂區供電公司現在已可將臺區異常情況、異常斷面信息及部分歷史信息整合成智能工單,并通過去中心化的工單系統直接派到網格化作業App。目前,該平臺已支持主動運維、主動檢修、主動搶修3類共12項工單的派發。新平臺上線后,2022年,長樂區供電低壓故障搶修平均時長比上一年減少13分鐘,客戶側報修工單減少31.55%,極大提升了低壓客戶的用電體驗感。

      (3)低成本高效解決低電壓問題。為解決用電低電壓“老大難”,國網長樂區供電公司率先落地實施了柔直調壓互聯互備和數字化平臺綜合應用方案,取得了工期短、投資低、見效快的良好效果。采用傳統改造方案解決臺區低電壓,一般投資約85萬元且需耗時半年以上,而長樂供電的方案因為采用改前端為直流、末端逆變為交流220伏的柔直調壓裝置和實施電能質量綜合治理兩大措施,具有較高的示范引領和推廣價值。第一大措施來自柔直調壓裝置,該裝置可實現更大范圍內的電能優化配置,解決新型源荷大量接入帶來的負荷不平衡、電壓質量差、無功補償等系列問題,緩解電網供電壓力。由于裝置的大小與5G通訊基站相似,體積較小,安裝在供電企業原有電桿或場站即可,無需占用新的土地或廊道資源。第二大措施來自軟件的迭代升級,國網長樂區供電公司打造出電能質量精準調控平臺和調度低壓自動化應用兩大方法——得益于福州長樂區已打好智能融合終端全覆蓋的“地基”,新上線的電能精準調控平臺對臺區負荷和電能質量監測、管控的顆粒度、精準度和時效性都實現了質的飛躍,實現“手術刀”級別的電能治理;調度低壓自動化應用,則是通過實施戶表級低壓可靠性監測管理和用戶停電時長分析應用,最大程度提前預判和杜絕了低壓用戶、停電用戶的出現。

      三、結語

      對構建新型電力系統的研究與認識正不斷向前推進,新型電力系統建設路徑還在探索。從2021年中央財經委員會第九次會議首次提出要構建新型電力系統開始,兩年多來,關于如何構建新型電力系統的探討和研究正不斷向前推進。2023年6月,國家能源局組織11家研究機構編制發布了《新型電力系統發展藍皮書》,全面闡述新型電力系統的發展理念、內涵特征,制定“三步走”發展路徑,并提出構建新型電力系統的總體架構和重點任務?!缎滦碗娏ο到y發展藍皮書》明確,新型電力系統是以確保能源電力安全為基本前提,以滿足經濟社會高質量發展的電力需求為首要目標,以高比例新能源供給消納體系建設為主線任務,以源網荷儲多向協同、靈活互動為有力支撐,以堅強、智能、柔性電網為樞紐平臺,以技術創新和體制機制創新為基礎保障的新時代電力系統。新型電力系統具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征。2023年7月審議通過的《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統的指導意見》指出,要加快構建清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統??梢哉f,新型電力系統是怎樣的,如何建設新型電力系統,隨著時間的推移和實踐的推進正不斷完善和明晰,也在不斷探索。

      福建關于新型電力系統的建設探索與實踐符合新型電力系統的內涵和特征。“打造東南清潔能源大樞紐”“實現清潔發展水平領先”,立足福建清潔能源稟賦優勢,符合新型電力系統的清潔低碳特征;“打造東南清潔能源大樞紐”“安全穩定水平領先”符合新型電力系統建設以確保能源電力安全為基本前提的內涵,“高能級配電網大平臺”“‘數字閩電’大生態”與“柔性靈活、智慧融合”“靈活智能”的新型電力系統特征相吻合,“效率效益水平領先”與今年7月提出的新型電力系統“經濟高效”相一致。

      福建正通過打造東南清潔能源大樞紐、高能級配電網大平臺、“數字閩電”大生態的實踐,將新型電力系統建設落地。在“打造東南清潔能源大樞紐”方面,福建通過構建網架樞紐,助推清潔能源消納;在“打造高能級配電網大平臺”方面,福建從城鎮級、鄉村級、海島級、園區級四個維度全面推進;在“打造‘數字閩電’大生態”方面,福建從東南能源大數據中心打造“電易+”、“能易+”、動態“電網一張圖”、設備主人制推廣落地的典型場景、人工智能規?;瘧玫榷喾矫孢M行實踐。福建正在將新型電力系統建設變成一個個現實案例,通過各方面探索,積累了豐富的經驗。

      韓繼園 中能傳媒能源安全新戰略研究院


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