近日，2023年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)在南京召開。年會(huì)自2002年設(shè)立以來(lái)已成功舉辦了21屆，是我國(guó)能源與電力領(lǐng)域最具影響力的年度學(xué)術(shù)盛會(huì)。本次年會(huì)由中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)主辦，國(guó)家電網(wǎng)有限公司、中國(guó)華電集團(tuán)有限公司、中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司聯(lián)合主辦。

國(guó)家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理陳國(guó)平在此次年會(huì)上做了題為《關(guān)于電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過(guò)程中有關(guān)問(wèn)題的思考》的主旨報(bào)告。

電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型帶來(lái)的變化

經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展 , 以交流電技術(shù)為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)成為全球最大的人工動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。隨著能源電力清潔轉(zhuǎn)型、新能源的快速發(fā)展，電源結(jié)構(gòu)也開始了深度調(diào)整。直流輸電、FACTS等電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用，使電力系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)發(fā)生了重大變化。

“從電源結(jié)構(gòu)看，新能源占比在不斷提高。中國(guó)電網(wǎng)是目前新能源發(fā)展最快、裝機(jī)規(guī)模最大的電力系統(tǒng)，新能源裝機(jī)規(guī)模居世界第一位，局部富集地區(qū)裝機(jī)占比超過(guò)40%。預(yù)計(jì)到2023年年底，全國(guó)的新能源裝機(jī)將會(huì)達(dá)到十個(gè)億——這主要是指風(fēng)和光。預(yù)計(jì)到‘十四五’末，新能源將超7億千瓦。”陳國(guó)平介紹道。

資料顯示，2019年國(guó)家電網(wǎng)公司范圍內(nèi)可再生能源裝機(jī)占比、可再生能源電量占比分別為37%、24%; 根據(jù)國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《中國(guó)可再生能源展望2019》，到2025年，上述兩個(gè)數(shù)據(jù)在國(guó)家電網(wǎng)公司范圍內(nèi)將達(dá)到53%、35%，2035年將增至74%、58%。

“從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)看，跨區(qū)跨省的通道規(guī)模在快速增長(zhǎng)。國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)跨省跨區(qū)的送電能力達(dá)到了3.5個(gè)億；從負(fù)荷特點(diǎn)看，現(xiàn)在是產(chǎn)銷并存、多元互動(dòng)的趨勢(shì)在加劇。特別是分布式快速發(fā)展，預(yù)計(jì)全國(guó)分布式光伏的裝機(jī)在今年年底將達(dá)到2.5個(gè)億，主要集中在山東、河南、河北、江蘇和浙江等省份。電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷的不斷涌現(xiàn)也使得配電網(wǎng)形態(tài)發(fā)生了重大變化；從儲(chǔ)能發(fā)展看，各類儲(chǔ)能正在加速改變傳統(tǒng)的平衡模式，抽蓄裝機(jī)載運(yùn)5000萬(wàn)，在建1.2個(gè)億。預(yù)計(jì)到‘十五五末’，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)的抽蓄裝機(jī)可能會(huì)超過(guò)一個(gè)億。”

“從新能源開發(fā)模式看，‘一西一東’西邊三個(gè)樁在往西移，從東邊看，海上風(fēng)電也會(huì)加快開發(fā)；從運(yùn)營(yíng)模式看，新能源開發(fā)利用出現(xiàn)新業(yè)態(tài)、新形式，比如水光一體、風(fēng)光火一體等多能互補(bǔ)模式。同時(shí)，平臺(tái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也催生了虛擬電廠、微電網(wǎng)和負(fù)荷聚合商等新形態(tài)；從技術(shù)的發(fā)展看，新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用不斷突破，大容量柔性直流、大容量風(fēng)機(jī)、構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備，有構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)光、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能等電子裝備也不斷突破。包括先進(jìn)的核電、水電，還有最近幾年快速發(fā)展的調(diào)相機(jī)、變速抽蓄等也持續(xù)在升級(jí)。”陳國(guó)平從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特點(diǎn)、儲(chǔ)能發(fā)展、新能源開發(fā)模式、運(yùn)營(yíng)模式、技術(shù)發(fā)展等方面進(jìn)一步介紹了電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型變化。他認(rèn)為，在新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、功能和技術(shù)正在重構(gòu)新型電力系統(tǒng)，各類變化帶來(lái)的影響最終也會(huì)集中到電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)節(jié)。

關(guān)于平衡和安全的問(wèn)題

平衡問(wèn)題和安全問(wèn)題是現(xiàn)在需要關(guān)注的兩大問(wèn)題。關(guān)于平衡問(wèn)題，陳國(guó)平說(shuō)：“實(shí)時(shí)平衡是電力系統(tǒng)的技術(shù)特征。目前，電力供應(yīng)的保障和清潔能源的消納是當(dāng)前平衡問(wèn)題的兩個(gè)焦點(diǎn)。今后很長(zhǎng)一段時(shí)間電力負(fù)荷因電能替代還會(huì)出現(xiàn)剛性增長(zhǎng)，而新能源的大幅度波動(dòng)又將對(duì)系統(tǒng)提出更高的調(diào)節(jié)要求。負(fù)荷特性和新能源出力不匹配將導(dǎo)致電力的供應(yīng)保障問(wèn)題和清潔能源消納問(wèn)題并存。這是在轉(zhuǎn)型期面臨的平衡問(wèn)題挑戰(zhàn)。”

儲(chǔ)能本質(zhì)上是為電力平衡提供調(diào)節(jié)手段，儲(chǔ)能的規(guī)模化應(yīng)用也是解決新型電力統(tǒng)平衡問(wèn)題的重要途徑。不可否認(rèn)，電網(wǎng)的大范圍資源優(yōu)化配置，在解決發(fā)動(dòng)電空間的不平衡、實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的互濟(jì)方面發(fā)揮了重要作用，特別是在大電網(wǎng)清潔能源的消納中，這種作用非常明顯。“現(xiàn)在還出現(xiàn)了多能互補(bǔ)、產(chǎn)銷一體等新的經(jīng)營(yíng)形態(tài)，也出現(xiàn)了一些局部平衡的模式。”陳國(guó)平說(shuō)，“我們?cè)陉P(guān)注平衡問(wèn)題的同時(shí)還要關(guān)注電網(wǎng)的安全問(wèn)題，安全、穩(wěn)定始終是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和可靠供電的基礎(chǔ)，也應(yīng)該是轉(zhuǎn)型發(fā)展的基礎(chǔ)和保障。未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)仍以交流電技術(shù)為基礎(chǔ)。但隨著轉(zhuǎn)型的深化，我們認(rèn)為交流電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題仍然存在，而且會(huì)更復(fù)雜。特別要解決好轉(zhuǎn)型期，交流電力系統(tǒng)的功角、頻率和電壓?jiǎn)栴}。”

陳國(guó)平進(jìn)一步解釋道：“我為什么要先講平衡問(wèn)題？因?yàn)槠胶鈫?wèn)題處理不好，會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)功角、電壓和頻率調(diào)整等問(wèn)題。因此，我們必須準(zhǔn)確把握好轉(zhuǎn)型情況下電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題，這也是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的一個(gè)重要基礎(chǔ)。安全問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題，從全系統(tǒng)角度看，是源網(wǎng)荷儲(chǔ)相互作用的結(jié)果。解決好平衡的問(wèn)題，就必須重視安全問(wèn)題。”陳國(guó)平在現(xiàn)場(chǎng)舉例說(shuō)明了平衡和安全的關(guān)系：“從直流的受端看，大量的直流饋入到受端電網(wǎng)，在電力和電量上替代了大量的交流同步發(fā)電機(jī)。但本身受端電網(wǎng)還是交流的電力系統(tǒng)，同步的慣量問(wèn)題、調(diào)頻和動(dòng)態(tài)支撐能力不足等問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致直流的連鎖故障反應(yīng)，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定水平；再比如關(guān)于柔性直流組網(wǎng)，柔性直能組網(wǎng)很好地解決了局部新能源的友好接網(wǎng)，但電流的消納需要柔性直流組建的直流網(wǎng)仍要并入到交流電網(wǎng)，實(shí)際上也是大電網(wǎng)的一部分。給交流電網(wǎng)注入的是大規(guī)模的有功功率，帶來(lái)的平衡問(wèn)題和安全問(wèn)題也需要引起高度重視。”

談及水風(fēng)光一體化運(yùn)營(yíng)模式，陳國(guó)平指出：“一體化的運(yùn)營(yíng)不是簡(jiǎn)單的局部平衡問(wèn)題。從系統(tǒng)上講，各類電源均要參與系統(tǒng)故障期間的暫態(tài)響應(yīng)。從全局的平衡上看，水電是系統(tǒng)重要的調(diào)節(jié)資源，水電的發(fā)展規(guī)劃和運(yùn)行不僅僅是為了解決局部風(fēng)光的消納問(wèn)題，它一定要參與系統(tǒng)的調(diào)解。所以，水光互補(bǔ)理念很好，但從本質(zhì)上講，還有很多科學(xué)問(wèn)題有待深入思考。”

關(guān)于科學(xué)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的一些思考

2023年11月初，國(guó)家能源局組織召開了新形勢(shì)下全國(guó)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作會(huì)議，國(guó)家能源局和發(fā)改委也出臺(tái)了《關(guān)于新形勢(shì)下電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作的意見(jiàn)》，旨在解決平衡問(wèn)題的同時(shí)系統(tǒng)性地解決安全問(wèn)題。

陳國(guó)平說(shuō)：“儲(chǔ)能實(shí)際上是電力電量在時(shí)間上的平移，大規(guī)模的儲(chǔ)能上來(lái)后，一定要走構(gòu)網(wǎng)型的發(fā)展方式。只有這樣，讓儲(chǔ)能通過(guò)電力電子的變換能夠在頻率電壓方面提供支撐，這是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該思考的問(wèn)題；對(duì)于抽蓄機(jī)組也應(yīng)該提出新標(biāo)準(zhǔn)。一般抽蓄機(jī)組利用小時(shí)數(shù)也就2000~3000小時(shí)，當(dāng)大量的風(fēng)光上來(lái)之后，電壓?jiǎn)栴}怎么辦？在標(biāo)準(zhǔn)上是不是可以引導(dǎo)抽蓄機(jī)組具備調(diào)相功能？這樣實(shí)際上解決的是電力系統(tǒng)P和Q的問(wèn)題。這些問(wèn)題在《新形勢(shì)下電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作的意見(jiàn)》中都有描述。希望我們?cè)陔娏ο到y(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)方面，將電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作意見(jiàn)所確定的原則作為我們思考構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的根本。”

陳國(guó)平總結(jié)道：“應(yīng)對(duì)客觀存在的變化，必須從系統(tǒng)的角度思考現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重構(gòu)問(wèn)題。按照交流電力系統(tǒng)的基本原理和技術(shù)規(guī)律，構(gòu)建科學(xué)合理的電源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)自身發(fā)展的重構(gòu)、認(rèn)知體系的重構(gòu)、控制體系的重構(gòu)、故障防御體系的重構(gòu)。我們應(yīng)遵循系統(tǒng)的要求研發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)電力技術(shù)裝備，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的科學(xué)發(fā)展和運(yùn)行協(xié)調(diào)。

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