周原冰：新型电力系统需20-30年推进
专家观点2023-08-30
世界首个县域级100%新能源新型电力系统可实现湖北省随州市广水市100%新能源独立供电，供区人口超过20万。该新型电力系统是一种以新能源供电为主体，与大电网柔性互联，源网荷储协同互动，面向未来的电网新形态。
截至8月28日，一个100%使用风、光新能源供电的新型电力系统在湖北省随州市广水市已稳定试运行241天。它既是一个能确保风、光新能源发电发得出、用得上的实用的现实电网，也是一个开放的、具有未来电网特征的试验平台。
作为国家电网公司十大科技示范工程之一，世界首个县域级100%新能源新型电力系统在广水市落地，可实现广水100%新能源独立供电，供区人口超过20万。该新型电力系统是一种以新能源供电为主体，与大电网柔性互联，源网荷储协同互动，面向未来的电网新形态。
构建该新型电力系统的意义何在?它又能如何服务社会经济发展?
新型电力系统为何花落广水
今年6月初，国家能源局组织11家研究机构编制的《新型电力系统发展蓝皮书》发布。该蓝皮书指出，新型电力系统具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合四大重要特征。
数据显示，我国能源活动排放的二氧化碳占二氧化碳排放总量的88%左右，电力行业碳排放占能源行业碳排放的42%左右。实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军，新型电力系统则是关键载体。
按全国电网运行与控制标准化技术委员会给出的定义，新型电力系统是以坚强智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。
传统电力系统为何要转向新型电力系统?
伴随新能源发展，我国传统电力系统面临三大困难：在用电侧，用电负荷持续飙升;在发电侧，极端天气多发，加上燃料价格不断升高，加剧了部分地区电力紧张状况;在电网侧，新能源电力大量接入，对电力系统安全构成一定威胁。
国家能源局相关负责人认为，构建新型电力系统是一项复杂而艰巨的系统工程，须统筹谋划路径布局，科学部署、有序推进。
广水凭借丰富的风光资源优势，先行试点示范条件得天独厚。
随州是湖北新能源装机占比最高、累计发电量最大的区域。截至7月底，随州新能源并网装机容量达319.19万千瓦，新能源渗透率达到267.93%，即新能源装机容量约达到最大负荷的2.68倍。目前，广水新能源装机244兆瓦，最大负荷61兆瓦，新能源渗透率达到400%。
同时，广水电网属于末端电网，能较为方便地脱离主网，具备构建新能源装机占比可调(极限情况新能源装机占比100%)、柔性负荷占比可变、机电—电磁环境可组合的多形态构网条件，可为源网荷储互动等技术提供试验场地。
2021年12月，国网湖北电力在广水市探索建设全球首个县域级100%新能源新型电力系统科技示范工程，供电面积418平方千米，覆盖广水市主要商业、工业和居民客户，为电网更好地接入和消纳新能源探索新路径，助力能源结构转型。
与大电网实现柔性互联
“广水新能源新型电力系统目前还处在第三阶段调试，整体运行平稳，初步验证了风、光、储独立支撑110千伏系统的稳定性。”国网湖北省电力有限公司电力科学研究院新型电力系统研究中心高级工程师胡畔介绍，广水100%新能源新型电力系统是“以大电网为支撑，新能源供应为主体，源网荷储实时协同平衡运行”的新型电力系统形态。
广水100%新能源新型电力系统作为一个独立的电网系统，可以独立运行。但它与大电网的关系并非互不干涉，而是灵活的柔性互动。风、光发电“看天吃饭”，新能源新型电力系统不确定性较大，大电网可以对其进行兜底保障。
胡畔说，该电力系统与大电网相连，离不开一个关键设备——能量路由器。能量路由器相当于一个阀门，它类似WiFi网络路由器。当能量路由器开启时，新能源新型电力系统与大电网“牵手”;关闭时，则与大电网“分手”。
与传统电力系统从电源侧经输电、变电、配电流入负荷端，电压等级由高到低、潮流单向不同，借助能量路由器，新能源新型电力系统不仅可从大电网取电，当本地风电、光电有富余时还可反向给大电网送电，实现与大电网之间的柔性互联。
广水100%新能源新型电力系统是百兆瓦范围内供电规模最大、柔性负荷占比最大，全部由风电、光伏为电源并可长期独立运行的100%新能源新型电力系统，该系统首次构建了近零惯量、全电力电子化的百兆瓦级高比例新能源电力系统，可实现全年100%新能源供电时间占比超70%，全年新能源供电量占比超80%。同时，广水示范工程4个新能源电场、1个能量路由器站、5个光储充站、2个变电站、17条馈线、703座台变及相关用户设施和储能设施均已建模至数字孪生电网。该系统还可用于研究新型电力系统下的电压稳定、频率稳定、电力电量平衡、故障特性等关键问题，为新型电力系统的理论构建取得创新和突破提供真型试验场景。
技术创新支撑稳定运行
建设新型电力系统需要改变传统电源结构、负荷特性和电网形态，未来电网的设计和建设需适应新型电力系统的复杂性。
为此，广水示范工程科研团队研发出世界首套可支持百兆瓦级全新能源电网高效稳定运行的源网荷储协同控制系统，它可实时协同控制分布式电源、储能、能量路由器等电力电子化设备，实现各种极端复杂功率波动场景下，尤其是100%新能源独立组网时的电压、频率稳定，满足系统联网运行时绿色高效、孤网运行时安全可靠等多种需求。同时，该科研团队还研制出新能源及储能机组成套构网型控制器，并在真实电网中首次验证整站构网特性，使得新能源发电装备和储能电源具备与煤电、水电等常规电源相近的性能。
自国家提出建设新型电力系统以来，我国电网企业以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会发展电力需求为首要目标，以最大化消纳新能源为主要任务，以坚强智能电网为枢纽平台，努力构建并完善我国新型电力系统。
进一步完善我国新型电力系统，可把小型真实场景研究得出的结论与新能源占比不断提高的实际发展路径相结合，建设数字孪生电网，实现系统全景感知、智能决策，以云计算技术、人工智能算法为支撑保障新型电力系统安稳运行。
国网湖北省电力有限公司党委书记、董事长吴英姿表示：“下一步，公司要全面落实率先建成湖北新型电力系统的工作方案，争取2024年在鄂北建成国内首个跨地市区域新型电力系统，为新型电力系统大规模建设提供湖北成套解决方案。”
来源：科技日报 记者 吴纯新 通讯员 甘依依 夏一菲
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