湖南新型电力系统临空经济示范区建成投运
综合新闻2024-11-27
争创“两个标杆” 全力推进新型电力系统建设
国网冀北电力有限公司董事长、党委书记 张玮
国网冀北电力有限公司是国家电网的省级子公司，肩负着保障首都重要输电通道安全，服务河北省唐山、张家口、秦皇岛、承德、廊坊五市经济社会用电，促进区域能源清洁低碳转型的职责使命。近年来，公司积极贯彻国家电网高质量发展战略和河北省建设新型能源强省部署，以争创“两个标杆”(新型电力系统示范标杆、高质量发展标杆)为引领，全力推进新型电力系统建设。
冀北新型电力系统建设形势
目前，冀北地区并网新能源装机占统调装机规模的76.7%，居全国省级电网首位，占全口径装机规模的68.1%，位列全国省级电网第2位;2023年，发电量占比54.3%，是全国首家占比过半的省级电网，全年绿电交易196亿千瓦时，占全国规模近3成。冀北地区已处在我国新型电力系统建设的前沿，面临的形势，可以概括为以下两个特点：
特点一：条件得天独厚
从资源禀赋条件看：冀北地区新能源资源富集，仅张家口、承德地区可开发规模就达1亿千瓦。张家口早在2009年就被明确为国家千万千瓦级风电基地，2015年又被明确为国家可再生能源示范区。目前，冀北地区新能源装机容量5601万千瓦(风电2801万千瓦，光伏2621万千瓦，生物质和储能179万千瓦)，预计2024年底将达到6500万千瓦，2025年底将突破9000万千瓦(风电4300万千瓦，光伏4200万千瓦，生物质和储能500万千瓦)。
从基础条件看：冀北地区能源转型要素齐全。电源侧，具备推进风光水火储氢一体化发展的禀赋和基础。电网侧，冀北电网作为华北电网“西电东送”“北电南供”的重要枢纽，建成张北-雄安特高压、张北柔直及多条500千伏交流输电通道，特高压、交直流、柔性输电、调相机、微电网等各种电网技术和形态齐备。负荷侧，数据中心、绿电制氢、清洁取暖、重卡充换电、分布式能源、虚拟电厂等新型能源利用和服务方式发展迅速。张家口还是国家“东数西算”的重要节点，电力-算力协同发展的空间广阔。储能侧，抽水蓄能、新型储能等快速发展，在运容量分别达到357万千瓦、91.6万千瓦，纳入规划的抽蓄电站规模达到1570万千瓦。而且，整个系统兼具送、受端特点，能源转型场景丰富。
从创新条件看：冀北域内及周边创新资源多，具有高效整合利用、实现重大技术突破的潜力。国家电网公司、河北省政府对冀北电力科技创新高度重视。近年来，公司建成了一系列具有领先水平的重大创新工程，在风光储输联合运行、柔性直流输电、系统宽频振荡抑制、虚拟电厂建设运营等方面积累了丰富经验，打造了一支年富力强的创新人才队伍，拥有3个国家电网公司实验室，具有非常厚实的创新基础。
特点二：任务非常紧迫
随着新能源高占比、高比例电力电子化的“双高”特性日益凸显，冀北电力发展面临多重挑战，对加快构建新型电力系统形成倒逼之势。
一是新能源消纳的挑战。近年来，冀北电网新能源利用率始终保持在95%以上，但随着新能源持续大规模并网，外送消纳矛盾日益突出，利用率面临下滑压力。一方面，由于新能源并网项目超出电网规划送出能力，导致输电断面受限严重。另一方面，由于新能源装机增速远超用电负荷增速，造成调峰弃电增多。
二是平衡供需的挑战。风光发电具有间歇性、波动性、随机性和反调峰等特征，高渗透率情况下平衡供需非常困难。受新能源出力特性影响，冀北电网净负荷曲线从“鸭子曲线”向更陡峭的“峡谷曲线”演变，存在午间消纳和晚峰保供的双重困难。例如，7月23日晚峰，冀北电网负荷超2800万千瓦，而新能源出力仅有215万千瓦(占新能源装机容量4%)，仅为晚峰最大负荷的7.6%。从局部来看，一些地区分布式光伏大规模接入，配电网有源化特征凸显，潮流反送、反向重过载问题突出。冀北110千伏、35千伏公用变压器中，超36.8%的主变向电网反送潮流，其中35千伏最大反向负载达到主变容量的97%以上。
三是安稳控制的挑战。风电的“弱转动惯量”和光伏的“零转动惯量”导致系统抗扰动能力下降，分布式电源、电动汽车等“产销者”大规模接入加大了系统控制的复杂性和难度，抑制系统宽频振荡是当前面临的最突出问题。一方面，谐振和强迫振荡风险涌现。2022年以来，张家口沽源地区已累计发生次同步谐振20次，今年以来，2座新能源场站先后出现强迫振荡现象。另一方面，连锁脱网等系统性风险加大。今年5月下旬至7月底，因新能源场站穿越能力不达标连续发生15起新能源脱网事件，最大脱网容量29万千瓦。近年来，国内外发生一系列与新能源相关的电力系统安全稳定事件，给我们敲响了警钟。
总之，冀北新型电力系统建设条件好、起步早，但现实挑战突出，进一步加快发展的形势逼人、任务紧迫。
冀北新型电力系统建设思路
建设新型电力系统是多目标优化、多路径选择的复杂系统工程，我们在实践中着重抓了以下四个方面：
第一，抓认知强化。即把新型电力系统的特征内涵和运行条件要求等具象化、具体化。围绕“源、网、荷、储、数”五大环节，将新型电力系统的特征内涵具象化地概括为：“新型电力系统=低碳随机耦合电源+坚强灵活智能电网+多元协同互动负荷+规模多样共享储能+全过程数智化”。同时，提出新型电力系统高效运行需要四大保障条件：一是强大的调控能力;二是完善的市场机制;三是精准的气象服务;四是协同的产业生态。认知的强化、深化和具象化，为我们开展新型电力系统建设的顶层设计奠定了基础。
第二，抓顶层设计。即以系统思维推进电力系统各环节各领域创新发展、协同演进。以张家口国家可再生能源示范区和国家电网公司新型电力系统地区级示范为依托，面向冀北全域，制定实施了新型电力系统全域综合示范行动。行动方案明确了2025年和2030年的建设目标，部署了“十大工程”，包括电源友好工程、主网增强工程、配网升级工程、负荷响应工程、储能联动工程、数智赋能工程、调控提升工程、市场建设工程、气象服务工程和生态共赢工程。每项工程中都统筹安排了“科技攻关”和“示范应用”两类项目，以促进技术难题的解决和先进技术装备的推广应用。同时，配套实施科技创新、数字化转型、风光储输示范工程再提升三个“登高行动”，强化科技支撑。2023年，公司发布了《冀北新型电力系统全域综合示范行动白皮书》，在业内引发积极反响。
第三，抓重点突破。即在统筹兼顾、整体推进的同时，重点破解张承地区新能源大规模开发、并网和消纳难题。围绕解决张承地区新能源大规模开发消纳问题，经过充分论证，部署实施新型电力系统张承地区科技创新示范工程，其中包含7项子工程：构网型风光储主动支撑与汇集组网科技示范工程、张家口构网型多端柔直科技示范工程、冀北新能源柔性低频交流输电科技示范工程、全自主可控新一代变电站科技示范工程、张家口怀来现代智慧配电网科技示范工程、规模化电动汽车充电设施参与电网调节科技示范工程、冀北源网荷储协同运行控制与市场化运营科技示范工程。通过攻关全要素调节能力构建、多层次调节市场机制设计等关键技术，打造百万千瓦级调节能力的冀北全域灵活资源市场化运营示范区，探索电力电量平衡和多级电网协同运行的冀北方案。
第四，抓迭代升级。即构建闭环机制，对新型电力系统建设定期评估、滚动优化、协同攻关、动态提升。新型电力系统建设没有成熟先例，必须强化过程管理，汇聚各方合力，持续迭代升级，不断向预期目标逼近。公司强化组织领导，成立跨部门的新型电力系统建设办公室、“双碳”研究中心，统筹协调解决系统建设重大问题;完善创新体系，主动对接利用各方创新资源，打造创新联合体，推进产学研用协同攻关，成立了由22位权威专家(其中包括8位两院院士)组成的专家咨询委员会，开展咨询研讨;深化动态管控，根据理论研究和实践探索的不断深入，动态调整和完善全域综合示范行动方案，确保项目安排和工作举措始终具有针对性、适应性和先进性。
冀北新型电力系统建设进展
近年来，冀北新型电力系统建设不断取得进展，先后建成投运当时世界上规模最大的集风力发电、光伏发电、储能系统、智能输电于一体的张北国家风光储输示范工程，创造12项世界第一的张北±500千伏柔性直流电网示范工程，以及我国首个实现商业化运行的冀北虚拟电厂示范工程等。2023年以来，公司又先后安排365个科技研发和工程实践项目，目前已阶段性完成55个，成效体现在以下六个方面：
一是新能源承载力持续提升。随着电网建设和补短板力度的加大，接入新能源的能力同步增强，2023年，并网投产新能源装机高达1205万千瓦，2024年，预计将超过1600万千瓦，连续创历史新高。配网对分布式新能源和多元互动负荷接入的适应性也得到改善。同时，运用国网新能源云平台首次实现风光资源和开发潜力识别，建成全量电源数据库，提升服务新能源发展的能力。
二是系统潜力得到有效挖掘。在张家口建成国内首个纯交流汇集系统下的新能源分布式调相机群，推广“新能源+储能+分布式调相机”模式，累计提升新能源送出能力129.5万千瓦，年增发电量20.9亿千瓦时。
三是储能发展呈现积极势头。积极研究1927万千瓦抽水蓄能站点送出方案，建成新型储能试验与实证平台，协调推动压缩空气储能、重力储能、氢储能等建设运行。
四是数智赋能效果逐步显现。深化多维多态“电网一张图”示范应用，气象保障服务平台实现寒潮等7类重大天气过程和覆冰等6类重要电网设备事件动态推演，风电、光伏功率预测平均准确率分别达到94.2%、95.7%。在河北崇礼建成国网数字化配电网示范区，崇礼全域实现分布式柔性控制比例等“四个100%”(馈线自动化覆盖率100%、新能源全要素监测装置覆盖率100%、分布式光伏100%全监测、柔性控制比例100%)。
五是源网荷储互动性增强。试点搭建国家电网首个负管系统生产控制大区，负荷资源精细化管理能力提升至历史最大负荷的10.7%。在河北唐山建成全国首个电动重卡型虚拟电厂，累计建成虚拟电厂7个，聚合容量495万千伏安、调节负荷81万千瓦。
六是对系统安全稳定问题认识深化。通过联合知名设备厂商、新能源发电企业，以及国内外技术专家，开展联合研究和技术交流，对高比例电力电子化新型电力系统的技术特性、稳定运行和系统支撑等机理的认知更加深入和清晰，为更有力地保障新型电力系统安全运行打下了基础。
冀北新型电力系统建设的进展引发国内外广泛关注，成为透视我国能源转型成效的重要窗口。2023年以来，已有来自国外的26个代表团到张北风光储输示范工程和柔直工程调研考察。同时，我们也清醒地看到，与快速发展的形势相比，冀北新型电力系统建设成效还是初步的，许多措施还正在实施，还有许多挑战需要面对、许多难题需要解决、许多风险需要化解，未来依然任重道远。
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