電力系統(tǒng)急速變化的當(dāng)下，各種新情況、新需求層出不窮，督促我們對(duì)新型電力系統(tǒng)重新審視。
在6月29日舉辦的2024日立能源創(chuàng)新論壇上，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織駐會(huì)副主席劉澤洪表示，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)型基礎(chǔ)設(shè)施特性不變，要求資源優(yōu)化配置能力更加靈活、高效；電網(wǎng)運(yùn)行的同步機(jī)制主導(dǎo)不變，電力電子設(shè)備占比大幅提高、直流異步互聯(lián)增加；電力電量平衡的基本要求不變，“源隨荷動(dòng)”轉(zhuǎn)向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)；保障供電安全可靠性的要求不變，但要更加適應(yīng)強(qiáng)不確定性。
伴隨新能源的大規(guī)模發(fā)展以及占比的持續(xù)提高，電力系統(tǒng)成本逐漸攀升，來自風(fēng)、光、儲(chǔ)、氫等領(lǐng)域的參與市場(chǎng)主體龐雜交織，體質(zhì)機(jī)制設(shè)計(jì)難度進(jìn)一步增大。新型電力系統(tǒng)正在“變”與“不變”中，呈現(xiàn)全新特征。
新型電力系統(tǒng)的“變”與“不變”
推動(dòng)我國“30·60雙碳”目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)，電力行業(yè)是主戰(zhàn)場(chǎng)也是主力軍。構(gòu)建以新能源發(fā)電量為主體的新型電力系統(tǒng)，在發(fā)電側(cè)和能源消費(fèi)側(cè)實(shí)施化石能源清潔替代和電能替代，是實(shí)現(xiàn)我國雙碳目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)可行路徑選擇。
“當(dāng)前，新型電力系統(tǒng)呈現(xiàn)全新內(nèi)涵和特征，但非推倒重來，而是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的繼承和發(fā)展，是在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上的升級(jí)和變革創(chuàng)新。”劉澤洪表示。
5月31日，華北電力大學(xué)新型能源系統(tǒng)與碳中和研究院院長(zhǎng)王志軒在第五屆全國地方電網(wǎng)與配電網(wǎng)圓桌論壇上亦表示，當(dāng)前是電力系統(tǒng)變化最快的一個(gè)時(shí)期，出現(xiàn)了新情況、新需求，需要我們對(duì)新型電力系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)。
劉澤洪分析，新型電力系統(tǒng)正面臨氣候適應(yīng)、安全性、經(jīng)濟(jì)性三大挑戰(zhàn)。
新能源具有高裝機(jī)、低電量、弱保障特性，隨著新能源占比的不斷提高，新型電力系統(tǒng)的電力供應(yīng)保障能力受氣候條件和天氣變化影響顯著。新能源在電力平衡中有效容量遠(yuǎn)低于常規(guī)電源，供應(yīng)保障能力偏低。新能源出力的波動(dòng)性與不確定性導(dǎo)致其參與系統(tǒng)平衡的有效容量遠(yuǎn)低于常規(guī)電源，供應(yīng)保障能力偏低且不穩(wěn)定。
“小風(fēng)寡照”等特殊但不罕見的天氣事件對(duì)電力供應(yīng)影響巨大。隨著新能源占比持續(xù)快速提升，連續(xù)多日出現(xiàn)的“小風(fēng)寡照”，將對(duì)電力供應(yīng)產(chǎn)生巨大影響，類似于電煤危機(jī)。
新能源出力不確定性疊加系統(tǒng)的弱支撐能力，加重了極端天氣下新能源高占比電力系統(tǒng)的脆弱性。全球氣候變暖背景下，氣象災(zāi)害的多發(fā)性、突發(fā)性、嚴(yán)重性日益突出。新型電力系統(tǒng)具有高度氣象依賴性，極端天氣下將引發(fā)新能源出力受限、電力設(shè)施破壞等，電力供應(yīng)中斷風(fēng)險(xiǎn)加劇。
新型電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)形態(tài)由單向逐級(jí)輸電為主的傳統(tǒng)電網(wǎng)，向“主配微”等多種電網(wǎng)形態(tài)相融并存、協(xié)同控制的能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。這一背景下，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行難度將進(jìn)一步提升。
隨著新能源接入和交直流混聯(lián)電網(wǎng)建設(shè)，電力系統(tǒng)新舊穩(wěn)定問題交織。新型電力系統(tǒng)中，由于新能源等靜止發(fā)電設(shè)備大量替代旋轉(zhuǎn)發(fā)電設(shè)備，降低了系統(tǒng)慣量、弱化了電壓支撐，頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定等傳統(tǒng)穩(wěn)定問題進(jìn)一步惡化，寬頻震蕩等新型穩(wěn)定問題涌現(xiàn)。
大容量直流輸電與新能源相互影響，容易引發(fā)連鎖反應(yīng)。新型電力系統(tǒng)送受端、交直流、各電壓等級(jí)的耦合緊密，新能源機(jī)組面對(duì)故障擾動(dòng)容易脫網(wǎng)，系統(tǒng)呈現(xiàn)復(fù)雜穩(wěn)定特性，極易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)引發(fā)大面積停電。
“應(yīng)看到，電力系統(tǒng)控制復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)可控對(duì)象從以源為主擴(kuò)展到源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)。”劉澤洪說。
經(jīng)濟(jì)性方面，新能源大規(guī)模高比例接網(wǎng)消納帶來系統(tǒng)整體成本上升。據(jù)劉澤洪介紹，新能源利用成本除場(chǎng)站本體成本外，還包括靈活性電源等投資、系統(tǒng)調(diào)節(jié)運(yùn)行成本、大電網(wǎng)擴(kuò)展及補(bǔ)強(qiáng)投資、接網(wǎng)及配網(wǎng)投資等系統(tǒng)成本。
伴隨新能源占比持續(xù)提高，對(duì)市場(chǎng)設(shè)計(jì)和價(jià)格機(jī)制也提出了更高要求。電源側(cè)電量?jī)r(jià)格難以完全體現(xiàn)新能源消納中調(diào)峰、頂峰等容量?jī)r(jià)值，輔助服務(wù)市場(chǎng)體量較小且未向用戶傳導(dǎo)等。電網(wǎng)側(cè)各類輸配成本打包核定，難以區(qū)分電量、容量途徑準(zhǔn)確計(jì)價(jià)與充分疏導(dǎo)。
值得關(guān)注的是，多目標(biāo)協(xié)同，還進(jìn)一步加大了市場(chǎng)機(jī)制體制設(shè)計(jì)難度。目標(biāo)的多樣性、基礎(chǔ)能源穩(wěn)定性需求與新能源不確定性的矛盾，以及利益主體交織耦合，增大了制度設(shè)計(jì)對(duì)目標(biāo)可控性的難度。
“煤電機(jī)組的功能將隨著新型電力系統(tǒng)的深入推進(jìn)，由已發(fā)電為主逐漸向以保障系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為主轉(zhuǎn)變，加快發(fā)展抽水蓄能、新型（重力）儲(chǔ)能裝備非常重要。應(yīng)規(guī)劃建設(shè)滿足新型電力系統(tǒng)發(fā)展要求的送受端電網(wǎng)，確保大規(guī)模新能源發(fā)電功率的大范圍匯集、穩(wěn)定傳輸和高效消納。持續(xù)加大柔性特高壓交直流輸電技術(shù)、高效率低成本的清潔能源發(fā)電新技術(shù)、碳捕集技術(shù)等，開發(fā)建設(shè)數(shù)字化的電力系統(tǒng)安全監(jiān)控和智能化的調(diào)控技術(shù)支持系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供保障?！眹译娋W(wǎng)公司原總工程師，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)會(huì)士張啟平建議。
關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新突破
面對(duì)諸多挑戰(zhàn)，以清潔發(fā)電、新型儲(chǔ)能、直流輸電、數(shù)智化等代表的關(guān)鍵技術(shù)不斷創(chuàng)新突破，為實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)目標(biāo)構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、氫（氨）發(fā)電是當(dāng)前四大主流清潔發(fā)電技術(shù)。
光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)步快，Topcon、HJT等技術(shù)路線不斷涌現(xiàn)，晶硅電池轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到26.81%；預(yù)計(jì)到2050年，多PN結(jié)層疊電池有望成為主流，組件轉(zhuǎn)化率達(dá)到35%，平均度電成本降至0.08-0.1元/千瓦時(shí)。
提高運(yùn)行溫度、發(fā)電效率和降低成本是光熱發(fā)電當(dāng)前的發(fā)展重點(diǎn)，預(yù)計(jì)到2050年，光熱電站采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)，發(fā)電效率提高至60%，平均度電成本降至0.4元/千瓦時(shí)。
風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)顯著，技術(shù)和裝備日漸成熟，發(fā)電成本迅速下降；預(yù)計(jì)到2050年，陸上風(fēng)電平均度電成本降至0.07-0.1元/千瓦時(shí)，海上風(fēng)電降至0.2-0.25元/千瓦時(shí)?！爱?dāng)前，規(guī)劃不夠統(tǒng)一，風(fēng)場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)非常殘酷，電力匹配還需優(yōu)化；海上風(fēng)電與油氣的結(jié)合，新能源給海上油氣供電，成為關(guān)注焦點(diǎn)。”原中海油執(zhí)行副總裁、安全總監(jiān)兼新能源部總經(jīng)理?xiàng)钤票硎尽?/span>
張啟平則認(rèn)為，離岸風(fēng)電技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)加快開發(fā)海上風(fēng)電。海上風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)高于陸地50%以上，全壽命周期效益好；所接入的電網(wǎng)容量規(guī)模大，消納能力強(qiáng)，棄電風(fēng)險(xiǎn)??；大容量、高效率海上風(fēng)電裝備以及匯集外送技術(shù)已經(jīng)成熟；0—50米海深、平均功率密度大于300瓦/平米的海域，可開發(fā)容量達(dá)30億千瓦；隨著成本不斷下降，海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力越來越強(qiáng)，按照離岸距離由近及遠(yuǎn)順序加快建設(shè)，極具優(yōu)勢(shì)。
氫發(fā)電技術(shù)上日趨成熟，未來有望成為新型電力系統(tǒng)中重要的可調(diào)節(jié)電力來源。氫燃料電池容量較小、配置靈活，適用于分散式發(fā)電場(chǎng)景；氫燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)容量大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，適合作為電網(wǎng)的調(diào)節(jié)和支撐電源。氨發(fā)電尚處于試驗(yàn)示范階段。
新型儲(chǔ)能快速發(fā)展。截至2023年底，全國已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)3139萬千瓦/6687萬千瓦時(shí)，平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2.1小時(shí)。2023年新增裝機(jī)規(guī)模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時(shí)，較2022年底增長(zhǎng)超過260%，近10倍于“十三五”末裝機(jī)規(guī)模。
“鋰電池技術(shù)進(jìn)步快、綜合性能好，可選擇的材料體系多樣，目前磷酸鐵鋰電池在新型儲(chǔ)能技術(shù)中占據(jù)主流。預(yù)計(jì)到2050年，材料來源更廣泛的鈉電池有望替代鋰離子電池，儲(chǔ)能電池的循環(huán)次數(shù)提升至1.2-1.4萬次，儲(chǔ)能電站的建設(shè)成本降低至500元/千瓦時(shí)以下，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全?！眲珊轭A(yù)測(cè)。
循環(huán)次數(shù)多，使用壽命長(zhǎng)的壓縮空氣儲(chǔ)能，理想工況下能量轉(zhuǎn)換效率約60%，未來提升系統(tǒng)效率和降低成本將是該技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2050年，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率有望提升至70%，成本降至3000-5000元/千瓦，利用地下洞穴的儲(chǔ)能持續(xù)放電時(shí)間達(dá)到100小時(shí)。
國家電網(wǎng)公司原科技部副主任、中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)沈江建議，應(yīng)以創(chuàng)新力量，開拓綠色能源新視野，進(jìn)一步探索綜合服務(wù)商的邊界，重點(diǎn)關(guān)注投資和建設(shè)、技術(shù)和設(shè)備、運(yùn)行和交易、政策和法規(guī)。
電力設(shè)備企業(yè)轉(zhuǎn)型提速
從電力設(shè)備提供商向“綜合服務(wù)提供商+設(shè)備提供商”轉(zhuǎn)型，新型電力系統(tǒng)推動(dòng)下，不少設(shè)備企業(yè)加速轉(zhuǎn)型步伐。
中國華電科工集團(tuán)有限公司黨委委員、副總經(jīng)理、總工程師李建標(biāo)介紹，數(shù)智化技術(shù)驅(qū)動(dòng)電力環(huán)保產(chǎn)業(yè)新未來。
作為中國華電集團(tuán)有限公司的全資子公司，中國華電集團(tuán)有限公司科工產(chǎn)業(yè)重要組成部分和發(fā)展平臺(tái)，中國華電科工集團(tuán)有限公司在產(chǎn)品、投資、工程“三足鼎立”的產(chǎn)業(yè)格局中，打造了高端裝備及系統(tǒng)工程、環(huán)保水務(wù)、電站投資建設(shè)和清潔能源四大核心業(yè)務(wù)板塊，布局了氫能、生物質(zhì)能、儲(chǔ)能、港口高端裝備及綠色智慧系統(tǒng)等多個(gè)戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。
“利用數(shù)字化技術(shù)賦能企業(yè)生產(chǎn)，幫助客戶打造全優(yōu)的生產(chǎn)模式。通過數(shù)字監(jiān)控協(xié)同運(yùn)維平臺(tái)，改變了資源配置結(jié)構(gòu)、突破了舊技術(shù)體系下的商業(yè)模式限制，結(jié)構(gòu)性降低運(yùn)營(yíng)成本，提升了效率。”李建標(biāo)說。
近日，特變電工智能電氣有限責(zé)任公司數(shù)字化干變車間落成投產(chǎn)，通過深度擁抱“數(shù)智化”，未來有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能產(chǎn)值雙翻番。記者獲悉，該車間總面積3.5萬平方米，是特變電工將30多年干式變壓器生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與新一代信息技術(shù)融合創(chuàng)新、高標(biāo)準(zhǔn)打造的一座干變智能工廠，將批量化生產(chǎn)2500千伏安及以下常規(guī)干式變壓器，規(guī)?；a(chǎn)全系列箱變、美變集成類產(chǎn)品，預(yù)計(jì)年產(chǎn)能近萬臺(tái)。
隨著特變電工智能電氣有限責(zé)任公司數(shù)字化干變車間落成投產(chǎn)，金風(fēng)科技、運(yùn)達(dá)能源等多家龍頭企業(yè)與特變電工簽署了合作協(xié)議。
2024日立能源創(chuàng)新論壇上，日立能源全方位展示了超過50個(gè)全球領(lǐng)先的產(chǎn)品、技術(shù)、服務(wù)及解決方案。其中10款新產(chǎn)品首次在華亮相，包括全新一代Lumada設(shè)備健康管理（APM）解決方案和TXpert?Hub變壓器數(shù)字化生態(tài)系統(tǒng)；應(yīng)用于海上能源領(lǐng)域的天然酯類油66kV WindSTAR?變壓器和66kV海上風(fēng)電用干式變壓器；公司全球電壓等級(jí)最高的1100kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（GIS）；500kV可調(diào)并聯(lián)電抗器；以及為綠氫提供的全面發(fā)電及供電解決方案等。
日立能源首席執(zhí)行官方秦（Claudio Facchin）表示，電力需求將大幅上升，電力系統(tǒng)需要進(jìn)行快速的變革與升級(jí)。在2050年全球電力系統(tǒng)中，需要在2020年的基礎(chǔ)上，將發(fā)電量提升4倍，輸電量提升3倍?！爱?dāng)前，中國推進(jìn)的新型電力系統(tǒng)建設(shè)為其實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了重要支持。我們將與各方合作，部署所需技術(shù)和新的商業(yè)模式，助力中國實(shí)現(xiàn)脫碳進(jìn)程。”方秦說。
萬聯(lián)證券最新研報(bào)顯示，新能源裝機(jī)保持高增長(zhǎng)，電網(wǎng)消納能力亟需提升，電力系統(tǒng)投資、建設(shè)有望加速，將帶動(dòng)電力設(shè)備板塊景氣上行。華西證券則預(yù)測(cè)，隨著新能源大規(guī)模接入，配套電網(wǎng)投資提升將帶動(dòng)相應(yīng)的電力設(shè)備需求，包括特高壓相關(guān)設(shè)備、一二次融合設(shè)備等，市場(chǎng)份額穩(wěn)固或有望持續(xù)增長(zhǎng)的企業(yè)將深度受益。
（來源：中國工業(yè)新聞網(wǎng)）
