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技術創新支撐新型電力系統構建

來源:《中國電力報》 時間:2022-08-09 11:23

  近日,國家能源局和科學技術部印發的《“十四五”能源領域科技創新規劃》(以下簡稱《規劃》),擘畫了能源科技創新發展藍圖,是我國在“兩個一百年”奮斗目標的歷史交匯期推進能源技術革命的綱領性文件。電網科技創新是能源科技創新的重要組成部分,加快推進電網領域的技術創新對支撐新型電力系統構建、促進能源高質量發展和帶動我國相關產業優化升級具有重要意義。

  我國電網科技發展面臨的形勢

  “十三五”期間,我國電網科技創新取得豐碩成果。一是直流輸電技術實現跨越式發展,多端混合直流輸電、柔直電網等先進技術取得重大突破和工程應用,實現從“跟跑者”到“引領者”的跨越。二是交流輸電技術創新持續深化,大跨越、海底電纜等技術不斷突破;加快大容量STATCOM、新一代同步調相機等技術裝備研發應用,使電網更加靈活堅強、綠色智能。三是配網新技術、新業態不斷涌現,創新培育了交直流混合配電網、智能微電網、新型儲能等一批新技術、新業態。

  然而,在電網科技創新方面仍然存在一些問題,主要表現為:高比例新能源并網,加大了系統平衡調節和穩定控制難度,“雙高”系統下電網安全運行的基礎理論和穩定機理認知不足;部分電網技術裝備“卡脖子”問題依然存在,大型變壓器調壓開關、直流電纜絕緣料與屏蔽料等部件和材料被國外壟斷;綠色低碳技術發展對電網綠色低碳轉型支撐不夠,原創性、引領性技術偏少,一些低碳技術產品應用電壓等級較低、覆蓋面較窄。

  進入“十四五”,在“雙碳”目標背景下我國電網發展面臨新能源消納壓力增大、系統調節靈活性欠缺、電網企業經濟增長內生動力不足等嚴峻挑戰,迫切需要充分發揮科技創新引領作用,加快建成安全可靠、綠色高效的先進電網,支撐新型電力系統構建和助力“雙碳”目標實現。

  加快推進落實電網科技創新任務

  在電網科技創新領域,《規劃》提出要加快開展新能源友好并網、電力系統仿真分析及安全高效運行、交直流混合配電網、新型柔性交直流輸電、遠海風電送出、數字化智能化等關鍵技術裝備的集中攻關和示范試驗,以支撐大規模高比例新能源并網、保障電網安全穩定運行和促進電網數字化轉型升級。

  新能源并網及主動支撐技術。新型電力系統構建過程中,新能源的大量接入將導致機組出力波動性加大、系統慣量降低、無功支撐能力下降,對電網的持續供電和安全穩定帶來挑戰,為此亟須突破新能源發電參與電網頻率/電壓/慣量調節的主動支撐控制、自同步控制、寬頻帶振蕩抑制等關鍵技術。同時,“十四五”期間我國將依托大型新能源基地形成一批跨區輸電通道,實現清潔能源在全國更大范圍內的優化配置,而新能源基地往往面臨地區電網架構薄弱、缺少穩定電源支撐等系統性問題,未來亟須研究并示范無常規電源支撐的新能源直流外送基地主動支撐技術以及新能源孤島直流接入的先進協調控制技術等。

  電力系統仿真分析及安全高效運行技術。仿真分析是電力系統規劃設計和運行控制的基礎,高比例新能源接入帶來的電力電子設備數量將呈指數級增長,精確高效仿真難度增大,亟須研發電力電子設備/集群精細化建模與高效仿真技術。在運行控制方面,為攻克新型電力系統設備數量多、分布廣等難題,需突破具有經濟運行與安全穩定自我感知能力的源網荷儲多元接入的多級調度協同、廣域協調安全穩定控制技術;高比例新能源系統的運行控制高度依賴信息通信網絡,網絡安全關系到國家能源電力安全,亟須開展電網遭受網絡攻擊等非常規安全風險識別及防范技術研究,突破基于國產自主工控芯片的控制保護系統,提高非常規狀態電網安全穩定防御和應急處理能力。

  交直流混合配電網靈活規劃運行技術。交直流混合配電網為各類電源和多元化用戶創造了方便、靈活、便捷的接入條件,是未來配電網的重要發展方向。我國已在江蘇、廣東、北京等地建成多項示范工程,探索研究了配網拓撲結構、故障分析與自愈控制等關鍵技術以及兼具可靠性和靈活性的城市能源輸配用新模式。總體來說,交直流混合配電網的發展剛起步,未來要實現配電網分布式電源有序接入、靈活并網和多種能源協調優化調度,有效提升配電網的韌性和運行效率,需要在多電壓等級交直流混合配電網靈活組網規劃、中低壓配電網源網荷儲協同運行等方面加強攻關研究。

  新型交/直流輸電裝備技術。我國先后建成投運30余條高壓直流輸電工程,在華東、華南等受端地區已形成多回直流饋入的網架結構,一旦出現多饋入直流連續換相失敗,將對受端電網的安全穩定運行造成嚴重影響。因此,亟須開展多饋入直流系統換相失敗綜合防治技術研究,通過研制新型直流換流裝備,為解決換相失敗問題提供新的有效手段。為避免新能源故障期間出現大規模脫網,需研究新型無功補償裝備,有效抑制新能源系統過電壓水平,提高新能源無功電壓支撐能力。另外,隨著直流工程建設的快速發展,換流站選址越來越困難,未來還需研究有源濾波、混合濾波等新型柔性交流裝備,以減少換流站占地面積,節約寶貴土地資源。

  大容量遠海風電友好送出技術。2021年我國海上風電增量占全球的80%,累計裝機規模已超26吉瓦,躍居世界第一。我國海上風電的發展趨勢是朝著遠距離、大規模方向發展,柔直技術是目前遠海風電并網的主要技術路線。未來,高壓大容量和輕型緊湊化是海上柔直送出技術的發展方向,需要攻克輕型緊湊化海上柔直拓撲及主回路參數設計、大容量直流海纜及附件材料制造等關鍵技術。此外,低頻輸電技術在遠海風電送出場景也具有應用潛力,未來需要在低頻系統方案構建及控制保護技術、低頻系統過電壓保護和絕緣配合技術、低頻系統短路開斷技術等方面進行攻關。

  電網數字化智能化技術。數字化技術和智能化技術為傳統電網的賦能升級提供了技術手段,以數字孿生為代表的數字技術可實現在電網物理系統基礎上同構虛擬化的數字系統,利用數字系統挖掘數據信息,提升對電網物理系統的診斷、預測、決策和管理水平。智能化技術可應對系統復雜性和不確定性,提升電網智能水平,在電力調度、市場交易、需求側響應等多個場景具有應用潛力。未來電網應與新一代信息技術融合發展,開展電力智能傳感、智能機器人、數字孿生、人工智能與區塊鏈、大數據與云計算、智能運維等關鍵技術研究。(電規總院供稿)

  責任編輯:張棟鈞

广西河池人力资源和社会保障局网站