如何通過“兩化協(xié)同”促進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)

黨的二十大報(bào)告提出“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”，為新時(shí)代能源電力發(fā)展提供了根本遵循。2023年全國兩會(huì)期間，多位代表委員就“新型電力系統(tǒng)”“數(shù)字化綠色化轉(zhuǎn)型”提出議案提案，為能源電力低碳轉(zhuǎn)型建言獻(xiàn)策。

近年來，南方電網(wǎng)綠色轉(zhuǎn)型和電力市場建設(shè)持續(xù)深化。截至2022年底，南方電網(wǎng)清潔能源裝機(jī)容量達(dá)2.25億千瓦，占裝機(jī)總量的57.9%。粵港澳大灣區(qū)清潔能源裝機(jī)占比達(dá)65%，清潔能源電量占比59%，成為清潔能源消納比重最高的世界級(jí)灣區(qū)電網(wǎng)。2022年，南方電網(wǎng)區(qū)域完成市場交易電量共8536.3億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的比重近六成。

在融入和服務(wù)粵港澳大灣區(qū)發(fā)展和服務(wù)南方五省區(qū)發(fā)展的同時(shí)，高比例新能源并網(wǎng)后，如何保障電力可靠供應(yīng)和電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是電網(wǎng)的一項(xiàng)重要命題。記者采訪了南方電網(wǎng)公司戰(zhàn)略規(guī)劃部相關(guān)負(fù)責(zé)人和電力調(diào)度、政策規(guī)劃、數(shù)字化技術(shù)研究等領(lǐng)域的多位專家，探討南方電網(wǎng)公司如何通過數(shù)字化綠色化“兩化協(xié)同”，促進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

新特征帶來新挑戰(zhàn)

南方電網(wǎng)公司戰(zhàn)略規(guī)劃部副總經(jīng)理陳旭介紹，新型電力系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是“雙高”“雙低”和“雙波動(dòng)”，即高比例新能源接入與高比例電力電子設(shè)備應(yīng)用、低可控性與低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從需求側(cè)波動(dòng)變?yōu)楣┙o側(cè)與需求側(cè)均具有波動(dòng)性。這些特點(diǎn)將對(duì)電力可靠供應(yīng)和電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。

南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院電力規(guī)劃中心主任黃豫介紹，相比火電、水電等常規(guī)能源，風(fēng)、光等新能源具有隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，有效出力較低，在極端天氣下可能出現(xiàn)長時(shí)間停擺的情況。同時(shí)，新能源發(fā)電設(shè)備抗擾性低、支撐性弱，在新能源大規(guī)模并網(wǎng)、常規(guī)能源機(jī)組占比逐步下降的情況下，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和無功電壓支撐能力將會(huì)降低。若發(fā)生事故，電網(wǎng)頻率和電壓將會(huì)大幅波動(dòng)，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定造成威脅。

此外，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的波動(dòng)主要在負(fù)荷側(cè)，電源隨負(fù)荷變化。在新型電力系統(tǒng)中，分布式新能源和電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷快速增長，源荷兩端的波動(dòng)性均顯著增大，這也一定程度上加大了調(diào)度難度。

南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心水電及新能源處經(jīng)理王皓懷認(rèn)為，站在實(shí)現(xiàn)碳中和的角度看，在新能源逐步成為主力能源的過程中，電力電量在時(shí)空上的平衡難度將顯著增大。他解釋道，同樣1億千瓦的裝機(jī)規(guī)模，新能源的發(fā)電量只能達(dá)到常規(guī)電源的三分之一到五分之一，這意味著新能源需以更大的裝機(jī)總量、更多的主體數(shù)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電源的替代，調(diào)度運(yùn)行的難度會(huì)顯著增加。同時(shí)，新能源日前發(fā)電預(yù)測準(zhǔn)確率約為60%—70%（基于實(shí)際功率作為預(yù)測基數(shù)）。在此條件下，如何實(shí)現(xiàn)發(fā)電資源和用電需求的全維度精確匹配，是新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中對(duì)調(diào)度的挑戰(zhàn)。

為保障電力穩(wěn)定可靠供應(yīng)，新型電力系統(tǒng)也需要較高的建設(shè)和運(yùn)營成本。黃豫介紹，新能源的利用小時(shí)數(shù)較低，為滿足負(fù)荷需求，電力系統(tǒng)需配置負(fù)荷需求數(shù)倍的新能源裝機(jī)，這在一定程度上會(huì)推高系統(tǒng)冗余度。同時(shí)，新型電力系統(tǒng)需要配置大規(guī)模儲(chǔ)能、靈活調(diào)節(jié)電源、支撐性保障電源等以應(yīng)對(duì)新能源隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性的影響，推高投資建設(shè)成本。

數(shù)字化綠色化協(xié)同

自2021年4月《數(shù)字電網(wǎng)推動(dòng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)白皮書》發(fā)布以來，南方電網(wǎng)持續(xù)推動(dòng)清潔能源裝機(jī)規(guī)?？焖僭鲩L。2023年，南方電網(wǎng)供電區(qū)域規(guī)劃新增裝機(jī)5758萬千瓦，其中清潔能源約3973萬千瓦，占比69%。

南方區(qū)域的資源稟賦和能源供需形勢，對(duì)新型電力系統(tǒng)建設(shè)提出了更高的要求。陳旭介紹，南方區(qū)域能源供需逆向分布特征明顯，西部資源較為富集，東部地區(qū)負(fù)荷集中，總體屬于能源受入地區(qū)。

在“雙碳”目標(biāo)下，確保能源電力安全是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的基本前提，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展所需的電力是首要目標(biāo)。陳旭表示，數(shù)字化和綠色化是南方電網(wǎng)建設(shè)新型電力系統(tǒng)的重要方向。

在發(fā)電側(cè)，“綠色”體現(xiàn)為形成新的能源供給主體。在此背景下，電力系統(tǒng)將出現(xiàn)多能協(xié)同互補(bǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)等新的形態(tài)特征，電網(wǎng)作為樞紐平臺(tái)，這些轉(zhuǎn)變需要在數(shù)字化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字電網(wǎng)為關(guān)鍵載體

陳旭介紹，數(shù)字電網(wǎng)是支撐新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵載體，建設(shè)數(shù)字電網(wǎng)是當(dāng)下及未來南方電網(wǎng)公司建設(shè)新型電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

王皓懷認(rèn)為，在源荷主體數(shù)量激增、電力電量平衡難度增大的趨勢下，數(shù)字電網(wǎng)可以通過云邊融合、數(shù)字賦能等智能傳感器等設(shè)備監(jiān)測、采集、上傳各端數(shù)據(jù)并通過云計(jì)算的手段，實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)“可觀、可測、可控”，電網(wǎng)側(cè)對(duì)監(jiān)控海量主體完成智能優(yōu)化調(diào)控，用電側(cè)聚合可調(diào)節(jié)資源并參與源網(wǎng)荷電網(wǎng)互動(dòng)。

南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)集團(tuán)綠色能源團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人馬溪原認(rèn)為，以數(shù)字電網(wǎng)推動(dòng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，需關(guān)注如何建設(shè)數(shù)字化系統(tǒng)以及當(dāng)前要解決哪些技術(shù)挑戰(zhàn)。

馬溪原提出，數(shù)字電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)打通源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)信息，首先要提高海量數(shù)據(jù)廣泛采集和萬物互聯(lián)的能力。同時(shí)，電力系統(tǒng)需快速適應(yīng)分布式源荷資源快速增長的新變化，提升邊緣側(cè)和端側(cè)的快速接入能力和計(jì)算控制能力。他解釋道，在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，調(diào)度控制系統(tǒng)需要處理的一個(gè)省的同步發(fā)電機(jī)組數(shù)量普遍在千臺(tái)以下，現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)（OCS系統(tǒng)）是可以應(yīng)對(duì)的。但隨著分布式資源快速增長，海量資源同時(shí)接入OCS系統(tǒng)一起調(diào)控是不現(xiàn)實(shí)的，這就需要在邊緣側(cè)建立具有就地感知能力和邊緣計(jì)算能力的裝置實(shí)現(xiàn)就地平衡和自治，降低對(duì)云側(cè)的消耗。

針對(duì)新型電力系統(tǒng)“雙高”“雙低”和“雙波動(dòng)”的特征，王皓懷認(rèn)為，高精度、實(shí)用化的功率預(yù)測是保障電力穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵措施之一。

馬溪原介紹，南方區(qū)域的新能源場站均配置了預(yù)測系統(tǒng)，可提前預(yù)判場站出力情況。目前我國對(duì)新能源預(yù)測準(zhǔn)確率的標(biāo)準(zhǔn)：短期預(yù)測為80%、超短期預(yù)測為85%。為適應(yīng)新能源高占比的電力系統(tǒng)可靠供電的需求，他認(rèn)為，需要通過數(shù)字化手段不斷提高新能源的預(yù)測精度。目前南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)集團(tuán)研發(fā)了“夸父”系列新能源高精度功率預(yù)測產(chǎn)品，預(yù)測準(zhǔn)確率比國家標(biāo)準(zhǔn)及南網(wǎng)企標(biāo)要求的準(zhǔn)確率高出7%—8%。

為適應(yīng)新能源的高度隨機(jī)性和波動(dòng)性，馬溪原提出，電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的分析方式。他解釋道，不同于火電等常規(guī)能源，新能源的模型復(fù)雜多樣，原有采用豐大、豐小、枯大、枯小等典型運(yùn)行方式進(jìn)行仿真計(jì)算的方式無法涵蓋系統(tǒng)可能出現(xiàn)的全部工況。他認(rèn)為，目前電網(wǎng)迫切需要利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和人工智能的手段，從電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）中抽取任一時(shí)間斷面數(shù)據(jù)形成數(shù)字仿真鏡像，實(shí)時(shí)、并行地開展海量工況的潮流計(jì)算和時(shí)域仿真，并為AI模型開展系統(tǒng)分析提供樣本數(shù)據(jù)，從而提前預(yù)判系統(tǒng)可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。

優(yōu)化市場機(jī)制

近年來，我國電力市場交易規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。以南方區(qū)域?yàn)槔?022年南方電網(wǎng)區(qū)域完成市場交易電量共8536.3億千瓦時(shí)，同比增長27.4%，占全社會(huì)用電量的比重為58.3%。2022年7月，南方區(qū)域電力市場啟動(dòng)試運(yùn)行，全國統(tǒng)一電力市場體系率先在南方區(qū)域落地。

在能源安全保供、綠色低碳轉(zhuǎn)型和電力市場化改革的背景下，業(yè)界認(rèn)為要推動(dòng)建立適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的電力市場體系。

王皓懷提出，隨著新能源占比逐步提升，未來傳統(tǒng)能源和新能源發(fā)電都將進(jìn)入市場交易，交易主體也將擴(kuò)大至中小工商業(yè)電力用戶、儲(chǔ)能和虛擬電廠等新型主體，當(dāng)前的電力交易方式可能被重塑，多元化的市場格局將形成。他強(qiáng)調(diào)，如何在保障能源供應(yīng)安全的前提下，設(shè)計(jì)符合各類電源參與市場的價(jià)格機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)各方利益平衡，是電力市場建設(shè)需考慮的問題。

南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院能源戰(zhàn)略與政策研究所所長陳政認(rèn)為，要著力構(gòu)建有效市場，通過深化機(jī)制改革充分發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用。

陳政提出，在電力市場化改革的背景下，要完善電源投資激勵(lì)機(jī)制，確保中長期電力安全穩(wěn)定供應(yīng)。他解釋道，取消燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制意味著計(jì)劃定價(jià)模式下的電源投資激勵(lì)機(jī)制已失效，適應(yīng)市場化改革的供給保障機(jī)制亟需建立完善。他建議，應(yīng)結(jié)合不同的電源類型，采用政府授權(quán)合約、容量補(bǔ)償?shù)确绞?，或通過建設(shè)容量市場，給投資主體提供較為穩(wěn)定的收益預(yù)期，以有效激勵(lì)新增電源投資，保障中長期電力供應(yīng)安全。

在建設(shè)新型電力系統(tǒng)的背景下，傳統(tǒng)電源將逐步由主力電源轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)電源，其主要依靠發(fā)電量獲取收益的模式將難以為繼。他認(rèn)為，電力市場應(yīng)積極穩(wěn)妥推進(jìn)現(xiàn)貨、輔助服務(wù)等市場建設(shè)，通過市場化的方式發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)資源的價(jià)值，挖掘系統(tǒng)的調(diào)節(jié)潛力，實(shí)現(xiàn)各類發(fā)電資源的利益共享和協(xié)同運(yùn)營。

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