李立浧院士：新型電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)的技術思考
專家觀點2024-12-13
第五屆新型電力系統(tǒng)國際論壇暨第二十屆中國南方電網(wǎng)國際技術論壇，吸引了來自國內(nèi)外能源電力主管部門和企業(yè)、行業(yè)協(xié)會、科研院校的院士專家學者參加。大家在此探討新型電力系統(tǒng)建設中的前沿問題，分享新技術新實踐，為“加快構建新型電力系統(tǒng)助力發(fā)展新質生產(chǎn)力”貢獻智慧與力量。
來自國內(nèi)外的院士學者聚焦新型電力系統(tǒng)建設中的前沿問題，分享新技術新實踐新思考。 南網(wǎng)報記者 賴增鵬 攝
高見破題
——新能源不可預測背后是氣象難以捉摸，人工智能+生態(tài)圈構建或可破解
——西電東送可持續(xù)發(fā)展背后要破解怎樣的技術難題?柔性構網(wǎng)技術成熱門
——新型電力系統(tǒng)建設需要新理論!構建以電力電量動態(tài)隨機平衡為基礎新理論
新型電力系統(tǒng)建設中面臨的問題到底是什么?論壇上，院士、專家、企業(yè)代表各抒己見，從實踐出發(fā)提出解決問題之道。
新能源的隨機性、波動性和間歇性帶來了電力電量平衡問題。中國工程院院士李立浧認為，新能源不可預測背后是人類對氣候氣象和新能源出力特性的耦合機理沒有完全認識，現(xiàn)有的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和市場機制無法完全適應大規(guī)模新能源帶來的電力電量實時平衡問題。
南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心主管鄧韋斯認為，新能源功率預測不僅需要更為精準的氣象預報，也需要質量更高的新能源運行數(shù)據(jù)和算法提升。從實踐看，沒有一種算法能在南方區(qū)域包打天下。南方電網(wǎng)公司目前打造的新能源功率預測智慧平臺，是一個完全開放的試驗場地，已接入南方區(qū)域1300多個新能源場站，超過13億條新能源運行數(shù)據(jù)，新能源預測廠家可以在這樣一個“生產(chǎn)運行鏡像環(huán)境”中進行算法開發(fā)和技術探索。
讓變幻莫測的新能源變得可靠起來，人工智能技術變得尤其重要。李立浧認為，人工智能是電網(wǎng)“無條件”接受新能源、管理好新能源的技術基礎。人工智能技術使得海量新能源接入新型電力系統(tǒng)成為可能，為電力系統(tǒng)運行提供智能導航。所以，必須要建設電力人工智能系統(tǒng)。南方電網(wǎng)公司戰(zhàn)略規(guī)劃部總經(jīng)理鄭外生分享了馭電智能仿真器的開發(fā)進展。他認為，基于數(shù)字驅動方式建立人工智能專業(yè)大模型，可以實現(xiàn)海量場景自動生成的高效潮流計算，包括仿真結果自動分析，做到任何時候都能清晰看到安全邊界在哪里，以便最大限度提高新能源利用率。
新型電力系統(tǒng)建設中，高比例電力電子裝備也帶來安全穩(wěn)定問題。由于新能源大量替代煤電之后，電力系統(tǒng)的轉動慣量將大幅減少，主導系統(tǒng)同步穩(wěn)定運行的技術基礎也將顯著改變。中國工程院院士饒宏認為，高比例電力電子化系統(tǒng)已經(jīng)到來，系統(tǒng)結構、運行機制、穩(wěn)定機理、分析調(diào)控、關鍵裝備等領域都在發(fā)生轉變，迫切需要全面研究新型電力系統(tǒng)特性，建立與之相適應的相關理論技術體系。李立浧提出，要構建以電力電量動態(tài)隨機平衡為基礎的新理論，同時，電力電子設備不僅是挑戰(zhàn)，也是建設管理好新能源的重要技術手段。
高比例新能源也帶來整個電力系統(tǒng)的安全問題。國際特大電網(wǎng)運營商組織秘書長布魯諾·梅耶認為，風、光等新能源的發(fā)展改變了能源發(fā)展的游戲規(guī)則。怎么更加安全充裕，電力互聯(lián)互通是很重要的一個維度。在非洲和歐洲之間，以及以前電力并不互聯(lián)的地區(qū)都在建設新的輸電線路。例如，愛爾蘭與歐洲大陸之間的電力互聯(lián)互通都是正在討論的話題。
對中國來說，2030年要實現(xiàn)碳達峰，根據(jù)測算，清潔能源發(fā)電量占比將超過50%。隨著西北沙戈荒大型風光基地、西南水風光儲可再生能源發(fā)展帶、東南海上風電基地的開發(fā)，與之相適應的電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展的模式也將發(fā)生變化。
中國工程院院士湯廣福從技術角度對新型電力系統(tǒng)下西電東送可持續(xù)發(fā)展提出建議。西電東送從過去輸送穩(wěn)定的煤電、水電轉變?yōu)檩斔筒▌有缘娘L電、光電。他建議應該關注基于IGCT的混合換相換流器(HCC)技術、可控換相換流器(CLCC)技術、基于IGCT的柔性直流換流技術的技術路線。
關于此點，鄭外生在報告中也著重提到南方電網(wǎng)公司對柔性構網(wǎng)技術的實踐。“柔性構網(wǎng)是柔性電網(wǎng)構建的簡稱，柔性主要指電力電子化帶來的靈活性。它將在系統(tǒng)層面實現(xiàn)柔性互聯(lián)，從設備層面實現(xiàn)主動支撐。”鄭外生介紹，系統(tǒng)層面的柔性互聯(lián)主要是通過電網(wǎng)合理分區(qū)、柔性互聯(lián)，構建柔性可控、靈活運行的電網(wǎng)，避免交流大電網(wǎng)故障連鎖傳播的問題，同時又保持分區(qū)間靈活互濟的能力。未來，柔性構網(wǎng)技術可以支撐多種場景的應用，尤其是大型風光基地的遠距離送出，不用再配火電或同步調(diào)相設備。
實見解題
——南方電網(wǎng)公司建設首批35個新型電力系統(tǒng)示范區(qū)，解決7大類場景問題
——海上風電大規(guī)模并網(wǎng)，三山島海上風電柔直工程值得關注
——新型儲能部署負荷側，發(fā)揮大效力
新型電力系統(tǒng)怎么建?各地各企業(yè)已經(jīng)在積極開展新技術、新模式的先行先試。
南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院電力規(guī)劃中心主任劉正超在論壇上介紹了南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)實踐。南方電網(wǎng)公司目前已因地制宜建設首批35個新型電力系統(tǒng)示范區(qū)，從應用場景來看，分成了超大型城市綜合示范、新型城鎮(zhèn)化電網(wǎng)、現(xiàn)代化農(nóng)村電網(wǎng)、微能源網(wǎng)、大規(guī)模能源并網(wǎng)、分布式新能源并網(wǎng)、虛擬電廠等7大類，從中遴選提煉15項先進技術、商業(yè)模式推廣。
大規(guī)模新能源并網(wǎng)方面，廣東電網(wǎng)規(guī)劃研究中心三級拔尖技術專家彭穗分享了廣東海上風電海陸統(tǒng)籌輸電規(guī)劃關鍵技術研究。國外海上風電建設中一般采用統(tǒng)一規(guī)劃、集中建設模式，之后通過海纜登陸、用陸纜繼續(xù)輸送到負荷中心消納。但是陸纜造價百公里可能超過一百億元，與我國國情完全不符合。南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)公司將以三山島海上風電柔性直流送出工程打造海陸一體新型輸電模式。“它將是世界上首個海纜架空混合直流送出工程，還將首次面臨海上風電輸電系統(tǒng)直流瞬時故障清除和穿越問題。我們采用的技術方案將可以節(jié)省數(shù)十億元投資，節(jié)省工程造價。”
儲能在新型電力系統(tǒng)建設中發(fā)揮著很重要的作用。但是它到底配在哪里最好?李立浧認為，新型儲能應該主要部署在負荷側。儲能系統(tǒng)是新型電力系統(tǒng)負荷柔性可調(diào)節(jié)的關鍵支撐，要提高利用率，納入電量電力平衡。電力規(guī)劃設計總院專家侯金秀認為儲能可以很好解決配網(wǎng)建設中的一些問題。“偏遠地區(qū)利用儲能技術可以大大節(jié)省電網(wǎng)投資，還能保障電網(wǎng)邊緣節(jié)點供電可靠性，促進當?shù)胤植际叫履茉聪{。”
南方電網(wǎng)儲能公司檢修試驗分公司副總經(jīng)理董超則分享了數(shù)字化技術如何改變電化學儲能電站。“它可以短期內(nèi)提升儲能電站經(jīng)濟效益，尤其在電力市場上獲得更多效益，降低運行風險與運營成本。”他舉了一個例子：“比如梅州寶湖儲能電站參與電力現(xiàn)貨市場大概一年，我們現(xiàn)在已經(jīng)總結測算出最適合我們的競價策略。”
論壇現(xiàn)場電鴻也成為熱門話題。幾位專家學者都講述了電力物聯(lián)操作系統(tǒng)的重要。來自華為的專家董偉嗣認為，物聯(lián)操作系統(tǒng)是電網(wǎng)最重要的基礎軟件。隨著新型電力系統(tǒng)加速建設，大規(guī)模新能源、分布式光儲等海量控制單元接入，好的物聯(lián)操作系統(tǒng)將逐步成為進一步支撐電力系統(tǒng)隨機波動負荷需求，實現(xiàn)源網(wǎng)之間電力高效調(diào)配和供需平衡的關鍵。
來自中國電建集團海南電力設計研究院有限公司總工程師張興華也從實際出發(fā)，講述了新形勢下海南電力系統(tǒng)的新特點。“海南作為全國首個明確提出2030年禁售燃油汽車的省份，去年海南新能源汽車滲透率首次超過50%，在分時電價的引導下，大規(guī)模的電動汽車充電負荷在零點以后集中出現(xiàn)，改變了海南數(shù)十年典型日負荷，日負荷高峰由上午10時左右變成凌晨零時30分左右。”在這種情況下，他認為海南未來應該在電源側構建安全低碳多元充裕的電力供應體系，大力發(fā)展海上風電、分布式光伏建設，探索海上光伏開發(fā)，建設核能綜合利用項目，創(chuàng)新新能源的開發(fā)模式。
新見預未來
——氫能怎么破題?
——下一代光伏技術是什么?
——電算怎么協(xié)同?
一項技術的發(fā)展可能激活一個產(chǎn)業(yè)，也可能淘汰多個舊的產(chǎn)業(yè)，所以新型電力系統(tǒng)建設中及早布局新的技術至關重要。
湯廣福在報告中提及，晶硅太陽電池效率已趨極限，未來應突破鈣鈦礦、量子點等新一代光伏電池技術，實現(xiàn)大面積、長壽命疊層光伏組件效率30%以上。
氫能也成為論壇熱門話題。哈爾濱工業(yè)大學(深圳)教授、俄羅斯自然科學院外籍院士劉興軍的報告吸引了很多人關注。他認為，鋁基儲能材料與水反應制氫有望突破現(xiàn)有氫能“制儲輸用”的瓶頸，成為新型電力系統(tǒng)中氫能應用的新路徑。鋁基儲能材料的跨區(qū)域低成本運輸性讓加氫站可以在遠離原材料生產(chǎn)地的區(qū)域高效運作，固態(tài)材料的穩(wěn)定性和安全性也大大降低了運輸過程中的風險。通過全面布局加氫站，打破傳統(tǒng)用氫瓶頸，縮短用氫路線，可推動當?shù)貧淠苊裼檬袌龅膽?，進而解決因氫源問題難以大規(guī)模推廣的難題。
近年來極端天氣頻發(fā)，如何讓電力系統(tǒng)在這種時候仍然可靠也成為論壇中一個小話題。華為技術有限公司副總裁、信息通信技術專家孫福友提及今年的“摩羯”臺風不僅重創(chuàng)能源電力設施，通信也如此。“10千伏電力通信網(wǎng)是我們目前最弱的環(huán)節(jié)，我們需要成體系地規(guī)劃以光纖加無線專網(wǎng)為目標的通信網(wǎng)，使之具備空天地一體的應急通信覆蓋能力。”
南方電網(wǎng)公司數(shù)字化部總經(jīng)理龍云則分享了電算協(xié)同的思考。2023年全球算力對于電力的需求已經(jīng)達到5000億千瓦時，預計保持年均15%以上的增速。算力將成為未來新型電力系統(tǒng)重要的負荷構成和重要的調(diào)節(jié)能力來源。“根據(jù)我們初步研究，通過新型電力系統(tǒng)一系列技術裝備，完全有可能把運營中心成本降低10%到20%。”他建議以電力調(diào)度引導算力轉移：“確保算力中心在各種運行工況下安全可靠綠色高效的電力供應，需要發(fā)揮電力調(diào)度的統(tǒng)籌調(diào)控作用，以電網(wǎng)的調(diào)度合理引導算力轉移，以算力的靈活調(diào)度來助力源網(wǎng)荷儲動態(tài)平衡，實現(xiàn)電力網(wǎng)和算力網(wǎng)最優(yōu)運行工況。”
國際大電網(wǎng)委員會前副主席、前技術委員會主席馬西奧·塞赫特曼則分享了一個未來的人力問題。“這是歐洲面臨的問題，而不是中國，那就是熟練的工人缺口。我們現(xiàn)在有一個使命——吸引更多的年輕人投入電力事業(yè)當中來，我們需要更多人，如果人不夠多的話，能源變革也不可能實現(xiàn)。”
南網(wǎng)報記者 劉杰 江濤 通訊員 盧欣
中國工程院院士李立浧:新型電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)的技術思考
我國新能源發(fā)展迅猛。2023年，全國新增風光等新能源裝機容量2.93億千瓦。截至2024年10月底，全國累計發(fā)電裝機容量約31.9億千瓦，其中新能源裝機容量約12.8億千瓦，占比已超過40%，部分區(qū)域新能源瞬時滲透率超過60%，新型電力系統(tǒng)源荷波動強、場景規(guī)模大、狀態(tài)變化快的特性顯現(xiàn)。
以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已經(jīng)在我國部分地區(qū)、部分時段出現(xiàn)。高比例新能源接入將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特性和機理，電力系統(tǒng)要從剛性轉變成柔性，以可控、智能、靈活為特征，“無條件”接受新能源。這要求新型電力系統(tǒng)有“無限大”的功率和“無限多”的能量。
十個技術思考
新型電網(wǎng)作為能源轉換利用和輸送配置的樞紐平臺，是新型電力系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。對此，我有以下幾點技術思考。
第一，新型電力系統(tǒng)的核心是發(fā)展新能源、接納新能源。新型電網(wǎng)應該做到“無條件”接受新能源，要有硬的技術措施，其中發(fā)展配電網(wǎng)是重點。
第二，新能源(風、光)的波動性、間歇性、隨機性是感性描述，但是從技術角度看可以定義為不可預測性。如果要“無條件”接納新能源，必須實現(xiàn)高精度預測新能源。構網(wǎng)型、跟網(wǎng)型電力電子變換器對風光等高精度預測、電力電量平衡提供支持。
第三，構建新的電力系統(tǒng)理論。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基于機電轉動慣量的穩(wěn)定理論，高比例新能源接入導致系統(tǒng)轉動慣量減小，將不足以支撐新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。新型電力系統(tǒng)必須構建以電力電量動態(tài)隨機平衡為基礎的新理論。
第四，要辯證看待電力電子技術。由于不具備同步發(fā)電機的轉動慣量，電力電子設備被認為是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的挑戰(zhàn)，但其響應速度快、轉換效率高等特點，使得系統(tǒng)功率、能量的實時動態(tài)平衡具備條件。因此，電力電子設備并不只是挑戰(zhàn)，也是建設管理好新能源的重要技術手段，高比例電力電子設備應用正成為新型電力系統(tǒng)重要特征之一。
第五，數(shù)字化智能化是新型電力系統(tǒng)的必須。南方電網(wǎng)公司提出數(shù)字電網(wǎng)是建設新型電力系統(tǒng)關鍵載體，新型電力系統(tǒng)一定要走數(shù)字化智能化的發(fā)展道路，完成新型電力系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)信息的獲取和管理，實現(xiàn)系統(tǒng)智能導航。
第六，新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)形態(tài)是“大電網(wǎng)+主動配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”。未來電網(wǎng)格局下，大電網(wǎng)網(wǎng)架要具備新能源支撐能力，更加密集柔性暢通;配電網(wǎng)要有裕度、強承載，要靈活、互動、市場化;微電網(wǎng)要以用戶為主體，有電力電量自平衡能力和獨立運行能力。未來電網(wǎng)要實現(xiàn)“無條件”接受新能源的功能。
第七，電力市場要體現(xiàn)真正的市場機制，體現(xiàn)多主體的關鍵特征。
第八，新型電力系統(tǒng)要以用為根本。要把配用電系統(tǒng)放在核心，配用電基礎是關鍵。
第九，新型儲能應該主要部署在負荷側。儲能系統(tǒng)是新型電力系統(tǒng)負荷柔性可調(diào)節(jié)的關鍵支撐，要提高利用率，納入電力電量平衡。
第十，新型電力系統(tǒng)技術革命。新型電力系統(tǒng)從理論到技術都有革命性的變化，現(xiàn)有技術改進優(yōu)化不足以支持新型電力系統(tǒng)的建設。新型電力系統(tǒng)建設要與信息化、數(shù)字化、智能化深度融合，要建設柔性的新型電力系統(tǒng)。這在源、網(wǎng)、荷、儲各個領域都有大量值得深入研究的科技課題，實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的技術革命需要共同努力。
建設電力人工智能系統(tǒng)
最后，我想談一下新型電力系統(tǒng)建設與人工智能之間的關系。人工智能是電網(wǎng)“無條件”接受新能源、管理好新能源的技術基礎。人工智能技術使得海量新能源接入新型電力系統(tǒng)成為可能，為電力系統(tǒng)運行提供智能導航。所以，我們必須建設電力人工智能系統(tǒng)。
電力人工智能系統(tǒng)(AIEPS)的本質是真正具備智能屬性的強大軟件系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)的“超級大腦”。同時，電力人工智能系統(tǒng)必須符合電力系統(tǒng)基本物理規(guī)律，遵循電力系統(tǒng)技術原則，滿足電力系統(tǒng)應用需求?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)開展了相關的項目研究，建立了五個基礎項目，有了初步的成果，正在逐步推進。
大家知道，人工智能通用大模型ChatGPT很有名，但我們做的是電力人工智能專業(yè)大模型。通用大模型可以出錯，可以逐步修正，但是專業(yè)大模型不行，它要具備自我糾錯、容錯功能，我們要有一套方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)精確性、實時性。
(南網(wǎng)報記者 劉杰 根據(jù)論壇演講內(nèi)容整理)
專家聲音
院士專家齊聚國際論壇 共話新型電力系統(tǒng)
中國工程院院士 舒印彪：分階段推進深度低碳新型電力系統(tǒng)建設
新型電力系統(tǒng)的目標是打造深度低碳的電力系統(tǒng)，可分三個階段有序推進建設。第一個階段是碳達峰(從目前到2030年)，這一階段，清潔能源發(fā)電量占比將超過50%，在達峰前電力需求仍保持快速增長。第二個階段是快速降碳(2031到2050年)，預計將實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展與碳排放脫鉤;電量增長大幅下降。第三個階段是碳中和(2051年到2060年)，在這一階段，電力需求將趨于飽和、新型產(chǎn)業(yè)體系也趨于完善，終端用能電氣化70%的目標預計在此階段達成。
中國工程院院士 劉吉臻：新一代煤電技術要由靈活性改造向靈活性制造轉化
開展新一代煤電技術的研究，要由靈活性改造向靈活性制造進行轉化，實現(xiàn)燃煤發(fā)電的本質靈活性;要開發(fā)本質靈活性的燃煤鍋爐，使得煤炭能量轉化成蒸汽熱能的過程更安全高效;要開發(fā)靈活的汽輪發(fā)電機組，各項技術還有指標滿足高標準需求;要把儲能技術和燃煤發(fā)電技術相耦合，有效地提升燃煤發(fā)電機組的一次調(diào)頻能力，取得顯著經(jīng)濟效益。
中國工程院院士 湯廣福：謀劃前沿關鍵技術的戰(zhàn)略性布局
在前沿關鍵技術上應該做幾方面布局：一是突破“深遠海風電+新一代光伏”技術，進一步提高新能源占比。二是突破“靈活燃煤發(fā)電+碳捕集封存利用”技術，實現(xiàn)煤炭清潔利用。三是突破“沙戈荒開發(fā)+西電東送”技術，提升源-網(wǎng)深度耦合與靈活互補。四是突破“新型電網(wǎng)形態(tài)+新型電力裝備”技術，構建新型電力系統(tǒng)。五是突破“氫能+新型儲能”技術，提升系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。
國際特大電網(wǎng)運營商組織秘書長 布魯諾·梅耶：電力系統(tǒng)運營關鍵詞是“靈活性”
電力系統(tǒng)面臨越來越多的極端事件，GO15部分成員不得不直面這些極端事件帶來的影響并給出解決方案。目前，電力系統(tǒng)運營的一個關鍵詞是“靈活性”，電力系統(tǒng)要靈活地適應發(fā)電側和負荷側的變化，要保證即使波動性新能源增加，電力系統(tǒng)依然是可靠的、具有韌性的。
氣候變化是可再生能源發(fā)展的一個推動因素。電網(wǎng)企業(yè)和基礎設施運營商必須將氣候變化納入考量。輸電線路和電網(wǎng)設備必須能夠應對氣候變化，而此類投資的周期較長，一般以數(shù)十年計。我們要確保無論酷暑、狂風、嚴寒，未來數(shù)十年電力系統(tǒng)都能經(jīng)受住考驗。
哈爾濱工業(yè)大學(深圳)教授、俄羅斯自然科學院外籍院士 劉興軍：鋁基儲能材料可成為氫能應用新路徑
氫能是高效儲能媒介和靈活能源載體，在能源存儲、跨區(qū)域調(diào)節(jié)中發(fā)揮了不可替代的作用。“源”側氫能助力電力系統(tǒng)實現(xiàn)清潔化、穩(wěn)定化、低碳化的全面升級。“網(wǎng)”側氫能幫助電網(wǎng)緩解新能源波動、輸電瓶頸，提升安全性與經(jīng)濟性。“荷”側氫能可以削峰填谷，快速響應不匹配電量，還可用于峰谷電價套利。
鋁基儲能材料與水反應制氫有望突破現(xiàn)有氫制儲輸用的瓶頸，成為新型電力系統(tǒng)中氫能應用的新路徑。鋁基儲能材料的跨區(qū)域低成本運輸性讓加氫站可以在遠離原材料生產(chǎn)地的區(qū)域高效運作，固態(tài)材料的穩(wěn)定性和安全性也大大降低了運輸過程中的風險。通過全面布局加氫站，打破傳統(tǒng)用氫瓶頸，縮短用氫路線，可推動當?shù)貧淠苊裼檬袌龅膽?，進而解決因氫源問題難以規(guī)?；袌鐾茝V的難題。
(eo記者 江濤 根據(jù)論壇演講內(nèi)容整理)
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