連接能源生產(chǎn)與消費(fèi)，新型配電網(wǎng)如何構(gòu)建？

2022年11月10日，以“綠色革命 電網(wǎng)側(cè)用戶側(cè)多元融合”為主題的“綠色能源管理”會(huì)客廳直播欄目在能見(jiàn)·麒麟學(xué)院舉行。本場(chǎng)直播由能見(jiàn)科技副總經(jīng)理曹開虎主持，中國(guó)電科院系統(tǒng)所前瞻室主任、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)專委會(huì)秘書長(zhǎng)馬士聰;施耐德電氣電網(wǎng)解決方案資深架構(gòu)師楊立璠等業(yè)內(nèi)權(quán)威專家與企業(yè)伙伴圍繞“新型電力系統(tǒng)下配電網(wǎng)如何重構(gòu)”“高質(zhì)量城市配電網(wǎng)建設(shè)”“新型配電網(wǎng)關(guān)鍵產(chǎn)品如何創(chuàng)新”等議題進(jìn)行了討論。

參與討論的嘉賓認(rèn)為，新能源發(fā)電的不確定性、低邊際成本特性，使得新能源高占比場(chǎng)景中，電力電量總量充盈與時(shí)空不平衡矛盾突出。對(duì)此，需要加快配電網(wǎng)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，滿足電力用戶對(duì)配電網(wǎng)智能化、高可靠性的需求，同時(shí)加快構(gòu)建促進(jìn)新能源消納的電價(jià)市場(chǎng)機(jī)制，在機(jī)制設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮新能源與常規(guī)電源以及與用戶的配合機(jī)制，協(xié)調(diào)市場(chǎng)內(nèi)多利益主體，實(shí)現(xiàn)價(jià)值提升和價(jià)值創(chuàng)造。

新型電力系統(tǒng)重構(gòu)配電網(wǎng)

黨的二十大報(bào)告提出，積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，立足我國(guó)能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)，深入推進(jìn)能源革命，加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，積極參與應(yīng)對(duì)氣候變化全球治理。

在馬士聰看來(lái)，隨著新能源占比的提高，電力系統(tǒng)所要應(yīng)對(duì)的擾動(dòng)也隨之增強(qiáng)，且客觀存在(體現(xiàn)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè))，由傳統(tǒng)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)構(gòu)建的電力系統(tǒng)難以在如此擾動(dòng)下可靠供電。

據(jù)國(guó)網(wǎng)能源院預(yù)測(cè)，2060年我國(guó)全社會(huì)用電量約為15.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，電源總裝機(jī)將達(dá)到約 80億千瓦。其中，非化石能源裝機(jī)占比和發(fā)電量占比均達(dá)到約90%，新能源裝機(jī)規(guī)模將超過(guò)50 億千瓦，裝機(jī)占比超過(guò)60%，發(fā)電量占比接近60%。由此可見(jiàn)，新能源占比電量供應(yīng)比例將飛速提升。

在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)大背景下，電網(wǎng)的運(yùn)行和調(diào)度需要適應(yīng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)同互動(dòng)的非完全實(shí)時(shí)平衡模式。

配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成，且直面終端用戶，是服務(wù)民生的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，也是保證供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)運(yùn)行效率、創(chuàng)新用戶服務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

新型電力系統(tǒng)下，配電網(wǎng)將面臨更多挑戰(zhàn)。首先，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行工況的日趨復(fù)雜將為用電可靠性帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

其次，在新型電力系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程中，電氣設(shè)備、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)量均成倍增長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)隨之而來(lái)的數(shù)據(jù)計(jì)算和儲(chǔ)存提出更大需求。與此同時(shí)，配電網(wǎng)的復(fù)雜性為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)辨識(shí)處理也帶來(lái)新的難題。

從新能源大規(guī)模發(fā)展角度，負(fù)荷側(cè)的峰谷差正被不斷拉大，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力亟待提升。

從電網(wǎng)演進(jìn)趨勢(shì)看，中東部新能源主要依靠分布式開發(fā)接入配電網(wǎng)。截止2021年底，我國(guó)分布式風(fēng)電裝機(jī)約1千萬(wàn)千瓦，分布式光伏裝機(jī)約1.1億千瓦。據(jù)預(yù)測(cè)，2030年分布式新能源發(fā)電將超過(guò)3億千瓦，配電網(wǎng)呈現(xiàn)更強(qiáng)的“系統(tǒng)化”特征，交直流混聯(lián)配電網(wǎng)、微網(wǎng)、直流配網(wǎng)等多種形態(tài)并存，要求具備靈活配置與自治平衡能力，成為電力就地配置與供給的核心基礎(chǔ)平臺(tái)。

目前，配電網(wǎng)呈現(xiàn)出高滲透可再生能源、高比例電力電子設(shè)備、高增長(zhǎng)電力負(fù)荷需求等特征，“雙碳”目標(biāo)下，未來(lái)配電網(wǎng)的關(guān)鍵特性將發(fā)生深刻變化。

產(chǎn)品創(chuàng)新助力高質(zhì)量城市配電網(wǎng)建設(shè)

在配電網(wǎng)建設(shè)中，城市配電網(wǎng)是發(fā)展的重點(diǎn)。

楊立璠指出，從現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，城市配電網(wǎng)的挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻，不僅要持續(xù)提升供電保障能力，而且要加快提高接入高比例清潔能源與電力電子裝置的能力。

“整個(gè)城市配電網(wǎng)的應(yīng)用非常復(fù)雜，亟需解決配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理效率低、故障難定位、研判恢復(fù)效率低、部分城市配電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害設(shè)防水平偏低等系列難題。而數(shù)字化技術(shù)正是打通價(jià)值鏈與實(shí)物鏈、重塑城市配電網(wǎng)的關(guān)鍵利器。”楊立璠表示。

“人工智能、數(shù)字孿生、交直流混合電網(wǎng)，將是重塑配電網(wǎng)的三把‘利器’。人工智能技術(shù)，可以在規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制、運(yùn)行管理等不同層面發(fā)揮重要作用，比如新能源出力預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)、接地故障識(shí)別、斷路器健康預(yù)測(cè)、非侵入負(fù)荷識(shí)別與分解等不同場(chǎng)景;數(shù)字孿生技術(shù)，通過(guò)建模和數(shù)據(jù)映射，顯著提升電網(wǎng)數(shù)據(jù)的可視性、互動(dòng)性、智能性;交直流混合電網(wǎng)技術(shù)，則可更加有效地提升分布式能源接入的能力和效率。”楊立璠說(shuō)。

此外，“虛擬電廠”系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)通信技術(shù)和控制架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)地理位置分散的各種能源設(shè)備的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化。

馬士聰認(rèn)為，對(duì)應(yīng)城市配電網(wǎng)，發(fā)展“虛擬電廠”十分必要。“第一，可以通過(guò)聚合用戶側(cè)可控負(fù)荷，提高電網(wǎng)可調(diào)控容量占比，提升新能源并網(wǎng)承受能力;第二，將分布式新能源聚合成一個(gè)實(shí)體，通過(guò)協(xié)調(diào)控制、智能計(jì)量和源荷預(yù)測(cè)，解決分布式新能源接入成本高和無(wú)序并網(wǎng)的問(wèn)題，提高分布式新能源的接納能力;第三，通過(guò)聚集分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備和可控負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電整體能源供應(yīng)效益最大化。由于新能源高比例的接入，配電網(wǎng)配電系統(tǒng)未來(lái)承擔(dān)的作用會(huì)越來(lái)越大。”