中国工程院多位院士 解读新型电力系统行动方案
中国工程院院士 舒印彪
习近平总书记强调,能源保障和安全事关国计民生,是须臾不可忽视的“国之大者”。党中央提出“双碳”目标以来,各行各业迅速行动,积极推动建设清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统,电力系统生产结构、运行机理、功能形态等发生深刻复杂变化,面临电力保供与系统稳定两大安全挑战。一方面,电源结构由可控连续出力的煤电装机占主导向强不确定性、弱可控出力的新能源发电装机占主导转变,新能源出力“靠天吃饭”,对电力保障支撑能力弱,同时未来较长一段时期内电力消费仍将刚性增长,负荷特性由刚性、纯消费型向柔性、生产与消费兼具型转变,发电和负荷随机性、波动性增强,电力供需形势日趋复杂,供应安全面临长期压力。
另一方面,新能源、直流等大量替代常规机组,电动汽车、分布式能源、储能等交互式用能设备广泛应用,电力系统呈现高比例可再生能源、高比例电力电子设备的“双高”特征,系统转动惯量和支撑能力下降,抗扰动能力弱,故障特性和连锁反应更加复杂,系统安全运行面临挑战。
国家发展改革委、国家能源局、国家数据局印发《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》(以下简称《行动方案》),提出9大专项行动,其中“电力系统稳定保障行动”聚焦系统两大安全问题,从源、网、荷、技术四方面,明确了下阶段新型电力系统安全保障总体要求和重点任务,为各地区和能源电力行业进一步夯实系统稳定运行的物理基础,提供了重要的指导作用。
从电网侧看,要优化加强主网架,打造清洁能源优化配置平台。
推进能源清洁低碳转型,关键是加快发展非化石能源,尤其风电、太阳能发电等新能源。我国95%左右的非化石能源主要通过转化为电能加以利用。电网连接生产和消费,是保障电力送得出、用得好的关键平台,是电力系统安全运行的物理基础,是构建新型电力系统的核心环节。
随着我国电力需求的快速增长和能源结构的加速转型,电网局部地区还存在薄弱环节,骨干网架的脆弱性和控制复杂程度显著增加,大电网的优化配置资源能力仍需进一步增强。《行动方案》提出了优化加强电网主网架,补齐结构短板,保障电力可靠供应和新能源高质量发展的总体要求。
一方面要完善电力规划机制。目前电力系统各环节统一规划还不够,尤其是电源与电网、新能源与常规电源、新能源与调节电源的发展协同性不足,影响系统整体效率。要协调政府主管部门、电网企业、发电企业等建立沟通机制,科学统筹制定新增电源装机规模、结构、布局和建设时序,加强源网荷储协同规划,强化规划方案安全稳定和供电充裕性的系统性论证,提升规划方案的适应性与安全性。
另一方面要持续补强特高压交直流网架。当前电网还存在强直弱交问题,交直流发展协调性不足,影响系统整体安全,也不利于输电能力的发挥。要完善区域特高压交流主网架,优化500千伏网架,实现区域内各500千伏分区电力余缺互济。加快特高压直流(含柔性直流)建设,提高沙戈荒等能源基地外送支撑能力和受端负荷中心电力供应能力。结合交流网架承载能力,合理控制同送同受直流群规模。
此外,要提升电网抵御自然灾害能力。近年来极端天气、自然灾害频发,影响电力系统安全运行,影响新能源发电支撑能力和电力尖峰负荷,供需不稳定性不确定性增加。要在自然条件恶劣、密集通道、同一气象带、冻雨覆冰等区域,针对重点区段、重点部位提升杆塔、地线等输变电设备的差异化设计,提升工程可靠性和抵御灾害能力。同时,深化极端情况下的供需平衡分析,及时提出保供措施建议。
从电源侧看,要提升新主体涉网性能,提高对系统稳定运行的支撑能力。
电动汽车、新型储能等主体快速发展,各类新型主体涉网性能差异化明显,弱抗扰动性和弱支撑性对于系统稳定运行带来极大风险。未来新能源成为供给主体,负荷侧新要素不断涌现,必须提升涉网性能,增强对电力保供和运行安全的支撑能力,推动公平承担安全和成本责任。
《行动方案》提出了制修订相关标准与管理要求,提高新型主体涉网性能、加强入网检测的重点工作举措。
一方面要强化技术与标准引领。充分发挥标准对于新技术发展的指导作用,深化集中式/分布式新能源、新型储能、电动汽车充电基础设施等新型主体接入电力系统的交互影响研究,构建新型主体并网标准体系,加快推进相关标准制修订。
另一方面要加强新型主体并网检测。新型主体涉及众多生产厂家海量型号,严把设备入网关是保障其涉网性能的关键环节。需要明确新型主体并网检测流程、检测技术标准、检测资质要求,持续完善新型储能、电动汽车充换电设施接入电网检测手段。
此外,要压实新型主体并网管理责任。当前新型主体并网尚未形成明确的安全管控责任边界。亟需落实电网企业、相关业主、设备制造单位在新型主体并网运行管理全流程中的职责,构建集型式试验、到货抽检、电站调试、并网检测、建模仿真、运行维护与评价为一体的新型主体安全与质量全流程管控体系。
从新技术看,要推进构网型技术应用,提升系统整体安全效率水平。
沙戈荒风光基地大都分布在远离主网的无人区或少人区,本地支撑较为薄弱;受端负荷中心多直流馈入替代同步发电机,常规电源装机不足,“空心化”问题突出,系统调频和动态无功支撑能力减弱。构网型技术对于电网送端“沙戈荒”高比例新能源地区、受端“空心化”地区均有广泛的应用需求。
《行动方案》提出要针对系统运行需求应用构网型控制技术,提升电网支撑能力的总体要求。
一方面要因地制宜配置构网型设备。构网型设备控制策略与参数的灵活性使其可以适用于多场景稳定问题。要明确不同地区电网运行的主要矛盾,在沙戈荒等高比例新能源外送地区可配置构网型技术设备抑制暂态过电压,在负荷中心可配置构网型技术设备提升系统短路容量,在弱交流电网可试点配置构网型设备提升保供能力和有功快速调节能力。
另一方面要加强对构网型设备的技术风险管控。构网型设备各厂家性能差异大,设备与系统间不协调可能存在弱阻尼振荡等稳定运行风险。要积极、稳妥地推动构网型技术试点落地应用,依据实际应用效果,加快推动一批构网型设备技术标准,规范构网型设备支撑能力要求。
此外,要完善支持构网型技术应用的机制建设。目前,构网型技术快速发展,但相关配套机制较为滞后。要进一步健全适应构网型技术主体开展交易和调度的基本规范,完善电力辅助服务市场产品体系、准入条件、交易方式和补偿标准,体现构网型技术主动支撑电网电压、频率、功角稳定和新能源配置消纳的多维度价值。
从负荷侧看,要持续提升电能质量,适应新型负荷的随机性波动性。
大量电力电子逆变器主导的新型负荷持续接入电网,负荷特性多变,对于电力系统电能质量管理提出了更高挑战。同时,随着分布式新能源快速发展,新型用能形式不断涌现,配电网有源化特征明显,局部区域电压越限、设备反向重过载等问题突出。
《行动方案》提出了压实各方电能质量管理责任,加强电能质量常态化管理的总体工作部署。
一方面要攻关新型电力系统电能质量问题防治技术。当前防治技术主要针对单一干扰源,对于多电力电子装备耦合带来的电能质量问题手段不足。要组织电力行业科研院所开展新能源、电力电子设备大规模接入后电压越限、宽频振荡及谐波综合防治技术研究,研制谐波/振荡抑制装置,提升电网电能质量水平。
另一方面要构建新型电力系统电能质量技术标准体系。当前电能质量相关标准对于新型主体并网下电能质量评估适应性方面尚需完善。需要修订电压偏差、谐波等电能质量指标限值标准,分行业细化电能质量评估标准。
此外,要压实电能质量管理各方责任。加强发电、用电设备电能质量特性检测认证,压实发电企业、电网企业和电力用户在电能质量管理中的主体责任,遵循“谁干扰,谁治理”的原则及时处理电能质量问题,建立常态化管控机制和规范化流程。
总的来看,《行动方案》对加快推动新型电力系统稳定保障工作作出了系统部署,提出的各项行动举措务实有力,为实现我国能源加速转型背景下电力系统安全稳定运行奠定了坚实基础。
实施大规模高比例新能源外送攻坚行动 加快构建新型电力系统
中国工程院院士 汤广福
党的二十大报告和二十届三中全会提出“深入推进能源革命”“加快规划建设新型能源体系”。规划建设新型能源体系、加快构建新型电力系统的重点就是大力发展新能源。我国新能源资源主要分布在西部、北部地区,推进大规模高比例新能源开发外送,是落实“双碳”目标任务、促进能源电力绿色低碳转型的有效途径,是加快建设新型电力系统和新型能源体系的关键举措,是推动全国清洁能源资源优化配置、保障中长期电力供应的必然选择。
目前,我国已建成投运“19交20直”特高压交直流输电工程,“西电东送”输电能力超过3亿千瓦、累计送电超过3万亿千瓦时,有效支撑了中东部地区约1/5的用电需求。为支撑西部、北部清洁能源基地开发外送,国家“十四五”规划再建设一批跨区输电通道,这些输电通道大多起点于沙漠戈壁荒漠地区,送端近区电网支撑薄弱、受端电网“空心化”严重,特别是随着输送新能源比例的提高,输电通道安全稳定运行和高效利用面临多重挑战,对先进技术要求迫切。
国家发展改革委、国家能源局、国家数据局印发《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》(以下简称《行动方案》),实施大规模高比例新能源外送攻坚行动,以提升输电通道新能源电量占比为重点,提出提高在运输电通道新能源电量占比和开展新增输电通道先进技术应用两项重大任务,并明确了重点措施,准确把握了大规模高比例新能源外送的趋势任务、发展需求和技术背景,强存量、优增量,具有重要的实践指导意义。
要优化电源配置,提升在运输电通道新能源电量占比。
在运输电通道配套电源以常规电源为主,支撑调节能力充沛,新能源接纳空间大。同时,在运输电通道送受端通常接入强交流系统,电网安全稳定水平高,部分通道具备网汇新能源外送的条件。
要高度关注在运输电通道输送新能源的适应性,一是要加强支撑能力建设,一方面新能源开发宜靠近送端换流站和火电、水电等其他配套电源,以利于打捆送出,另一方面要加强抽水蓄能、新型储能等调节支撑资源配置。二是要提升常规直流技术性能。常规直流技术不能频繁调节功率,主要受制于换流变压器分接开关和交流滤波器的动作次数限制,应加强直流控制策略优化研究,提升输送新能源适应性。三是要保障在运通道保供能力。重视配套新能源占比提升对受端电力保供的影响,推动送受端就通道功能定位和电力支撑能力取得一致。
我国部分在运通道投产已达20年,逐步达到改造年限,可以借助改造,加强新技术应用,有效解决常规直流换相失败问题。
要采用先进技术,提升新建输电通道新能源电量比例。
新建输电通道均采用“三位一体”开发模式,要求输电通道、配套煤电、新能源同步规划、有序建设、同步投产。
“十四五”规划输电通道大多起点于沙漠戈壁荒漠地区,送端电网支撑能力弱,特别是通道配套支撑性煤电面临进一步减少的趋势,需要依靠输电技术进步提高通道运行安全性。
同时,我国在特高压交直流输电技术、大容量IGBT器件和换流阀、IGCT技术、先进储能技术、低频输电技术、CCUS等先进发电技术、构网型控制技术等方面不断取得突破,为大规模新能源基地开发外送提供了坚实技术支撑。
从输电装备看,传统常规直流对系统支撑要求高,存在送端暂态过电压越限、受端电压稳定、多回直流同时换相失败等难题,需要研发特高压大容量柔性直流输电技术,支撑送端大规模新能源接入和受端潮流可靠疏散;改进常规直流输电技术,采用可控换相换流阀(CLCC)等先进技术;结合柔性直流输电具备孤岛运行能力的特点,考虑在远离主网的沙戈荒工程中探索多端直流孤岛运行的技术。超前研究低频输电、嵌入式直流等先进输电技术,扩充进一步提升输送新能源规模的技术储备。加强新能源和外送通道协同设计,超前示范应用直流组网技术。
从发电装备看,要进一步挖掘配套煤电的调节支撑能力,实现配套煤电的调峰深度,采用CCUS等先进技术提高煤电清洁性;积极采用构网型技术改造新能源发电和储能,提高各类设备的涉网性能和主动支撑能力;研究长时大容量储能技术,提升对新能源的跨时段、跨季节、大幅度调节;研究藏东南等高海拔地区清洁能源基地构建技术,提出适应于多端直流送出拓扑结构的水光储多能互补联合配置方案,采用水资源上下游协同、跨流域水资源互补及水光跨区域一体化调度、水电机组调相技术等提高水电支撑能力。
要加强送受端协调,发挥机制保障作用,切实保障输电通道输送新能源能力。
输电通道输电能力特别是输送新能源能力的提升,涉及送端电源结构、系统支撑,受端接受和消纳能力,是多利益主体共同参与的复杂问题。
为提升输电通道新能源电量占比,一是送端新端源开发与建设遵从规划。做好新能源基地合理布局,配套电源分布应尽量相对集中,与直流通道规划建设时序匹配,确保网源协调。配套储能和分布式调相机等支撑资源按需配置。二是持续优化送受端电网结构,提升网络承载能力。送端多直流接入电网要加强直流分群研究,减少直流相互影响,提升直流和新能源承载力。受端电网要解决负荷中心“空心化”和关键断面卡口问题,确保直流通道建成后发挥预期作用。三是建立政策支撑和市场保障措施,提高通道参与各方积极性。完善电力市场机制,明确各类主体权责,有效疏导分摊基地开发、建设及运营成本。
建立适应新能源供给消纳体系的新能源消纳和外送通道利用效率考核机制,促进基地可持续发展。通过政策和市场措施保障电源企业建设配套煤电、储能和分布式调相机的投资回收。
当前,西部沙漠戈壁荒漠和西南清洁能源基地特高压输电通道正在加快规划建设,输电通道涉及的电网、电源等主体要认真贯彻落实《行动方案》,实施好大规模高比例新能源外送攻坚行动,以技术创新为引领,全面提升输电通道新能源电量占比,为能源清洁低碳转型和“双碳”目标实现发挥积极作用。
加快行动方案落实 助力配电网高质量发展
配电网覆盖城乡区域,连接千家万户,是现代经济社会的重要基础设施和新型电力系统的重要组成部分,在落实国家战略部署、保障经济社会发展、服务改善民生、推动能源转型等方面,发挥着“主战场”“主力军”作用。
随着中国式现代化深入推进,一方面,电力对经济社会高质量发展的基础支撑作用愈发突出,对人民群众从“用上电”到“用好电”的保障作用愈发凸显。另一方面,分布式新能源规模化接入配电网,新型用能形式不断涌现,新业态蓬勃发展,多元主体灵活互动、与电网友好交互需求日益高涨。这些都要求持续提高配电网供电充裕度及可靠性,加快提高配电网承载力和灵活性。
一、《行动方案》的出台意义重大
近日,国家发展改革委、国家能源局、国家数据局发布了《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》(以下简称《行动方案》),明确了近3年的配电网高质量发展行动任务,提出了组织编制配电网建设改造实施方案、健全配电网全过程管理、制定修订一批配电网标准、建立配电网发展指标评价体系等系列行动计划,力求用3年时间推动配电网高质量发展取得实效。
从专项行动任务可以看出,《行动方案》很好地衔接了今年年初国家发展改革委、国家能源局印发的《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》(简称《指导意见》),进一步明确了当前阶段配电网高质量发展的路线图。
一是编制实施方案,提出围绕供电能力、抗灾能力和承载能力提升,开展配电网发展实施方案编制,明确配电网建设改造的工作目标、任务举措、项目安排、资金保障等内容,加强顶层设计,强化规划统筹,确保《指导意见》目标任务的细化分解和落实到位。
二是健全全过程管理,提出开展新能源接网影响分析,建立可开放容量发布和预警机制,可接入充电设施容量研究等措施,通过技术机制的完善,针对性提升新能源、电动汽车充电设施接网能力,最大效度发挥配电网的承载能力。
三是制修订技术标准,提出对现有配电网技术标准进行全面梳理,按照“推动修订、加快制定、深入研究”分类形成配电网标准清单,推动构建系统完备、科学规范、安全可靠的配电网标准体系。
四是建立评价体系,提出开展规划建设、运维管理、电能质量、投资效益等环节的指标设计,探索构建体现新型配电系统特征的配电网高质量发展评价指标体系,以此实现对各层级新型配电系统发展水平的客观反映,全面支撑新型能源体系和新型电力系统建设。
二、抓好“补短板、提能力、明原则”重点任务
为落实好《行动方案》,需要做到以下几点:
一是补短板。目前,局部地区配电网结构仍相对薄弱,部分设备老旧、设防标准不足,无法满足民生供电保障要求,需要针对薄弱环节开展配电网补强工作,提高配电网建设改造和防灾抗灾设防标准,以应对越来越高的安全保供需求。
二是提能力。随着“碳达峰、碳中和”进程加速推进,新要素新形态的蓬勃发展与规模化接入需求,要求加快提高配电网承载力和灵活性,提升配电网对分布式新能源、新型用能形式和智能微电网等新业态的接纳、配置和调控能力,更好满足即插即用、灵活互动需求。
三是明原则。新形势下,现有配电网建设改造原则已不能适应配电网高质量发展的迫切需求。一方面,需要研究现存配电网建设改造技术原则对日益提升的保供和转型要求的适应性,及时修订供电区域划分、供电安全准则、目标网架、设备选型等标准要求,着力提升安全性能。另一方面,需要健全分布式新能源、新型储能、智能微电网、虚拟电厂等主体并网、调度、运维、交易各环节要求,着力提升并网性能。
三、完善市场与价格配套体制机制
配电网高质量发展需要有利的政策环境与相适应的体制机制。
一是需要以市场化方式推进新元素与配电网协调发展。通过突出电力市场化改革对能源供需平衡的作用,减少制约新兴主体发展的各类障碍和隐性壁垒,进一步推动电力市场经营主体向多元化过渡,为各类新元素创造良好的市场环境,支持分布式新能源、新型储能、电动汽车和微电网等新兴经营主体独立平等参与电力交易。
二是完善电价机制,进一步推动新领域低碳转型。通过优化完善终端用户分时电价、灵活性调节电源电价以及输配电价等电价制度,充分利用经济导向信号,引导用户用电行为和配电网经营行为,调动各方投资建设新型储能、充电设施、虚拟电厂等新业态的积极性并取得合理收益,进一步推动新型领域的绿色低碳转型。
总的来看,《行动方案》与《指导意见》相关要求相辅相成,明确了配电网近、中、远期发展目标,对加快推进新型电力系统建设有关工作作出了系统部署,提出的配电网高质量发展各项行动举措务实有力,将为积极推进中国式现代化建设、实现碳达峰碳中和目标、促进经济社会发展全面绿色转型奠定坚实基础。
来源:中国电力报