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基于这些“小切口”,新型电力系统加快构建
2024-08-19 13:08

中国战略新兴产业融媒体记者 陈雯

 



8月6日,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》)。

这一行动方案为期3年,重点开展9项专项行动,推进新型电力系统建设取得实效。9 项专项行动具体包括:1)电力系统稳定保障;2)大规模高比例新能源外送攻坚;3)配电网高质量发展;4)智慧化调度体系建设;5)新能源系统友好性能提升;6)新一代煤电升级;7)电力系统调节能力优化;8)电动汽车充电设施网络拓展;9)需求侧协同能力提升。

中国工程院院士王成山分析,从这9项专项行动任务可以看出,《行动方案》很好地衔接了今年2月国家发展改革委、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》(以下简称《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。

为了有效地推进这一进程,“小切口”策略被提出作为一种解决问题的方法。《行动方案》提出,要聚焦近期新型电力系统建设亟待突破的关键领域,选取典型性、代表性的方向开展探索,以“小切口”解决“大问题”,提升电网对清洁能源的接纳、配置和调控能力。基于“小切口”策略,加快构建新型电力系统有这些关键领域和实施路径值得关注。


01
起于“沙戈荒”的输电通道,开启外送攻坚行动


为了将“沙戈荒”(沙漠戈壁荒漠)地区的新能源电力高效地输送到负荷中心,多条特高压输电线路正在建设,例如宁夏-湖南±800千伏特高压直流输电工程(宁电入湘)和青海丁字口750千伏输变电工程。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。

中国工程院院士汤广福分析表示,这些输电通道大多起点于“沙戈荒”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。

的确,从沙漠戈壁荒漠地区向负荷中心输送大量新能源电力,特别是在输送新能源比例较高的情况下,会遇到一系列技术挑战。

输电通道的稳定性和可靠性方面,沙漠戈壁荒漠地区的环境极端,高温、沙尘暴、强风等,对输电线路和设备的维护和稳定性都会构成威胁。因为这些地区往往人口稀少,本地电力需求较小,电网结构相对简单,缺乏足够的电力储备和调节能力,送端电网的支撑能力也较弱。

还有受端电网的“空心化”问题,即受端电网中缺少足够的电力生产或存储能力,主要依赖外来电力输入,这进一步增加了电网的脆弱性。

另外,长距离高压输电会导致一定的电力损耗,特别是在没有采用先进输电技术的情况下,损耗可能较大。据了解,我国在特高压交直流输电技术、大容量IGBT器件和换流阀等先进发电技术、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。

在通道配套支撑性煤电进一步减少的趋势下,更需要依靠输电技术进步,提高通道运行安全性。

《行动方案》在“大规模高比例新能源外送攻坚行动”中就明确,要优选一批电力规划明确的“沙戈荒”大基地和主要流域水风光一体化基地送出通道,在保障送出通道电力供应能力的前提下,依托先进的发电、调节、控制技术,开展新型交直流输电技术应用,有效降低配套煤电比例,实现高比例或纯新能源外送。

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。汤广福认为,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。

>>2024年4月17日,工人在张北-胜利1000千伏特高压输电交流项目工程内蒙古段进行组塔作业。新华社照片。

 

02
优化加强主网架,保障电力系统安全稳定


覆盖城乡区域,连接千家万户——配电网作为电力系统中直接服务于终端的环节,其高质量发展显得尤为重要。

国家能源局电力司有关负责人指出:“新型电力系统‘双高’特性日益凸显,安全稳定运行面临较大风险挑战。”近年来,雨雪冰冻、台风、洪涝等自然灾害频发,用户供电可靠性受到影响;分布式新能源、电动汽车充电设施等新型主体大规模并网,对配电网承载力提出更高要求。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。

“双高”特性主要指两个方面:一是高比例可再生能源接入,这意味着电力系统中风能、太阳能等可再生能源发电的比例显著增加。这些能源由于依赖自然条件,具有间歇性和不稳定性。二是高比例电力电子设备应用,如变频器、逆变器、不间断电源(UPS)和电动汽车充电站等。这些设备能够高效地转换电能,也带来新的挑战,如谐波污染和电压波动问题。

这样的“双高”难题,让新型电力系统不得不应对复杂的故障特性和连锁反应等挑战。

在煤电装机占主导的时代,电源结构是可控的,与之相对,“靠天吃饭”的新能源对电力保障支撑能力较弱。同时,未来较长一段时期内电力消费仍将刚性增长,负荷特性由纯消费型向生产与消费兼具型转变,这让电力供需形势日趋复杂,供应安全面临长期压力。

《行动方案》提出,要组织编制建设改造实施方案,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,实现与源、荷、储的协调发展。

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,王成山表示,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。


03
新型储能迎机遇,充电基础设施建设升级将成为重点


实际上,早在2022年6月,国家发展改革委、国家能源局发布《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》中就已明确,新型储能可作为独立储能参与电力市场。

对于储能行业来说,《行动方案》进一步强调其作为新型电力系统的重要组成部分,也提及了多种储能技术路线,如液流电池、飞轮储能、压缩空气储能等,强调通过合理的政策机制,引导新型储能电站的市场化投资运营,表明储能技术的多元化发展的鼓励,为不同技术路线提供了试验和发展的空间。

2月份印发的《指导意见》通过部署电源侧、电网侧及用户侧3个维度新型储能应用场景,在增强配电系统调节能力,促进更大规模分布式新能源发展的同时,为新型储能不断发展提供了新的机遇。

今年3月,江苏省发展改革委、江苏省市场监管局发布了《江苏省(近)零碳产业园建设指南(暂行)》。文件指出,支持新型储能应用推广。鼓励在电网、电源及用户侧配置新型储能,促进新能源与新型储能协调发展,提升园区的新能源就地并网消纳能力,支持多元化新型储能技术应用推广。

新能源汽车的普及和电池技术的迭代更新对充电基础设施提出了更高需求,充电基础设施的建设升级将成为重点。根据充电联盟统计,截至2024年1月,中国新能源车保有量2041万辆,充电桩保有量886万台,车桩比为2.3;由于充电桩大部分为随车私桩,公共充电桩保有量仅为278万台,车桩比为7.34;具备公共快充性能的直流桩保有量仅为121万台,车桩比为16.87。

随着我国新能源汽车发展驶入“快车道”,保有量的大幅增加对配套充电基础设施建设提出了更高要求。

《指导意见》要求“到2025年,配电网承载力和灵活性显著提升,具备1200万台左右充电桩接入能力;加强双向互动和条件匹配分析,科学衔接充电设施点位布局和配电网建设改造工程”。通过补强配电网短板、提升配电网承载力和灵活性,合理布局充电基础设施,不断提高充电基础设施与电动汽车发展协同度,促进电动汽车产业快速发展。

“双碳”目标下,新能源汽车特别是电动汽车正处于快速发展期,需要进一步构建高质量充电基础设施体系,配电网建设也须适应充电设施等新业态接入需要,以满足日益增长的大规模电动汽车等新型负荷用电需求。

同时,电动汽车电池作为储能资源,为电力系统灵活调节提供了更多选择。针对电动汽车大规模充电需求及储能资源的有效利用,《行动方案》提出完善充电基础设施网络布局,加强电动汽车与电网融合互动,建立健全充电基础设施标准体系,加快推动电动汽车与能源转型融合发展。

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