習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中強調(diào)，“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”?！?030年前碳達峰行動方案》提出，構(gòu)建新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)，推動清潔電力資源大范圍優(yōu)化配置。
新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要組成和實現(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵載體。“當前，我國傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正向清潔低碳、安全可控、靈活高效、開放互動、智能友好的新型電力系統(tǒng)演進。國家電網(wǎng)爭當能源革命的推動者、先行者、引領(lǐng)者，堅持發(fā)揮好電網(wǎng)‘橋梁’和‘紐帶’作用，出臺一系列舉措推動能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。”國家電網(wǎng)有限公司黨組書記、董事長辛保安表示。
助力實現(xiàn)“雙碳”目標，國家電網(wǎng)如何推動源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)聯(lián)動?記者近日走進江蘇、福建、四川等地進行了采訪。
電源——提升電力資源優(yōu)化配置能力，支撐非化石能源高效開發(fā)利用
從成都向東驅(qū)車約兩小時，記者來到四川資陽市樂至縣。占地面積相當于30多個足球場的成都東1000千伏變電站建設(shè)正忙。這里，正是世界海拔最高的特高壓交流工程——川渝特高壓交流工程的重要組成部分。
“川西地區(qū)電量富余，川東中部地區(qū)供應(yīng)緊張，我們既要打‘保供戰(zhàn)’又要打‘消納戰(zhàn)’。”國網(wǎng)四川省電力公司董事長衣立東介紹，川西地區(qū)水能、風(fēng)能、太陽能等清潔能源資源豐富，現(xiàn)有外送通道已滿載運行，亟須新增通道。川渝特高壓交流工程建成后，可進一步提高省內(nèi)“西電東送”能力，既滿足川西地區(qū)清潔能源高效送出需求，也提高成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的供電保障能力。
往東千余公里，跨越長江、“北電南送”的揚州—鎮(zhèn)江±200千伏直流輸電工程同樣施工火熱，這是國內(nèi)首個交流改直流工程。目前，江蘇99%的風(fēng)電和67%的光伏發(fā)電分布在蘇北地區(qū)，富余電力需通過跨江通道送至蘇南地區(qū)消納。
“受生態(tài)保護、成本等因素限制，長江江蘇段很難再新建其他跨江輸電通道。揚鎮(zhèn)直流工程相當于把‘小石橋’改造成‘大跨橋’，投運后將增加120萬千瓦輸送容量，約占鎮(zhèn)江最大用電負荷的25%。”國網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司副總經(jīng)理馬生坤說。
新型電力系統(tǒng)中，水、風(fēng)、光等非化石能源發(fā)電將逐步成為裝機主體和電量主體。然而，從全國看，這些清潔能源的資源和需求一直存在逆向分布問題，水能資源主要集中在西南地區(qū)，風(fēng)光資源大部分集中在“三北”地區(qū)，而用電負荷主要位于東中部和南方地區(qū)。
與煤炭方便遠距離運輸不同，水、風(fēng)、光等資源只能就近轉(zhuǎn)化為電能，再通過電網(wǎng)送到負荷中心。這樣一來，推動跨省跨區(qū)輸電通道“聯(lián)網(wǎng)”、省內(nèi)主網(wǎng)架“補網(wǎng)”，提升電力資源配置能力就顯得尤為重要。
截至2022年底，國家電網(wǎng)累計建成33項特高壓工程。“十四五”期間，國家電網(wǎng)將持續(xù)完善特高壓和各級電網(wǎng)網(wǎng)架，服務(wù)好沙漠、戈壁、荒漠大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)，支撐和促進大型電源基地集約化開發(fā)、遠距離外送，力爭2025年公司經(jīng)營區(qū)跨省跨區(qū)輸送電量中，清潔能源電量占比達到50%以上。
風(fēng)光等新能源“靠天吃飯”，具有間歇性、隨機性、波動性等特點，隨著其大規(guī)模高比例接入，除了保障“送得出去”，還要著力解決棄風(fēng)棄光問題、推動“消納得了”。這就需要它們與煤電、氣電等常規(guī)電源“打好配合”。比如，風(fēng)電光伏出力高峰時，常規(guī)電源就需壓低發(fā)電出力、為其讓路，而這也意味著常規(guī)電源發(fā)電收入的減少。
那么，如何通過市場化方式激發(fā)常規(guī)電源調(diào)峰的積極性，合理補償調(diào)峰電廠的成本?調(diào)峰輔助服務(wù)補償機制提供了解決方案。
“今天風(fēng)光發(fā)電出力較大，需要1、2號機組執(zhí)行深度調(diào)峰。”這天一早，國家電投協(xié)鑫濱海發(fā)電公司當班值長李釗接到國網(wǎng)江蘇省電力調(diào)控中心發(fā)布的調(diào)峰需求。兩小時后，1、2號機組的出力負荷從50萬千瓦平穩(wěn)降至30萬千瓦。“之前我們通過江蘇調(diào)峰輔助服務(wù)系統(tǒng)提前申報了兩臺機組的調(diào)峰能力。今天響應(yīng)了40萬千瓦的調(diào)峰需求，預(yù)計能獲得100多萬元補償。”目前江蘇已有109臺燃煤發(fā)電機組完成了深度調(diào)峰能力改造，裝機容量占全省30萬千瓦以上統(tǒng)調(diào)燃煤發(fā)電裝機容量的93.1%。
國家能源局數(shù)據(jù)顯示，2022年，通過輔助服務(wù)市場化機制，全國共挖掘全系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力超過9000萬千瓦，年均促進清潔能源增發(fā)電量超過1000億千瓦時;煤電企業(yè)由輔助服務(wù)獲得的補償收益約320億元，靈活性改造的積極性有效提升。
電網(wǎng)——強化前沿技術(shù)布局，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行
“雙碳”背景下，可再生能源將大量替代化石能源，電動汽車、分布式能源、儲能等交互式用能設(shè)備廣泛應(yīng)用，對電力系統(tǒng)安全、高效、優(yōu)化運行提出更大挑戰(zhàn)。作為連接電力生產(chǎn)和消費的關(guān)鍵平臺，電網(wǎng)企業(yè)亟須強化前沿技術(shù)布局，保障安全穩(wěn)定運行。為此，國家電網(wǎng)做了不少探索。
——應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，為電網(wǎng)運維裝上“千里眼”。
按下啟動鍵，一架黑色無人機緩緩升至120米高空，按照預(yù)定軌跡巡檢電塔。“以前運維人員拿著望遠鏡抬頭看，難以精準發(fā)現(xiàn)問題，效率也不高，一座塔需要兩名運維人員巡檢半小時?，F(xiàn)在有了無人機，巡檢只需10分鐘。”國網(wǎng)徐州供電公司輸電運檢人員王一丁介紹。
2022年，江蘇電網(wǎng)無人機自動巡檢作業(yè)量超過52萬架次，提前發(fā)現(xiàn)、消除輸電鐵塔缺陷及通道隱患4.2萬處，缺陷發(fā)現(xiàn)效率大大提升，由此可節(jié)約運維成本約2億元。
電網(wǎng)運維效率提升、成本下降，離不開全息數(shù)字電網(wǎng)對上億千瓦負荷的大電網(wǎng)進行數(shù)字化呈現(xiàn)。
江蘇方天電力技術(shù)公司大屏上，無人機巡檢坐標點、危險類別、實測水平距離等詳細信息一目了然。“全息數(shù)字電網(wǎng)覆蓋了10萬多公里架空輸電線路、28萬多座輸電桿塔以及輸電通道地形地貌數(shù)據(jù)。這相當于用數(shù)字孿生的方式，給電網(wǎng)運維裝上了精度達厘米級的‘千里眼’，能夠?qū)崿F(xiàn)輸電通道環(huán)境狀態(tài)智能評估報警、無人機自主巡檢航跡規(guī)劃等功能，提升輸電線路智慧運檢水平。”公司總經(jīng)理張?zhí)炫啾硎尽?/p>
——配網(wǎng)負荷精準“畫像”，調(diào)度研判時間大幅縮短。
把電網(wǎng)主網(wǎng)比作“主動脈”，連接千家萬戶的配電網(wǎng)則相當于“毛細血管”，直接關(guān)系“最后一公里”用電問題。相比主網(wǎng)，配網(wǎng)設(shè)備多而分散，出現(xiàn)重過載、低電壓等故障后，若不及時發(fā)現(xiàn)處理，很容易影響可靠供電。
在四川資陽，配網(wǎng)負荷精準“畫像”系統(tǒng)起了大作用。今年春節(jié)前夕，當?shù)赜秒娯摵纱蠓噬?ldquo;配電線路負載率達89%”——1月16日傍晚，國網(wǎng)資陽供電公司的調(diào)度員蔣祥玲在電腦前收到異常提醒后，借助“畫像”系統(tǒng)推薦的負荷轉(zhuǎn)供方案，在1分鐘內(nèi)下達線路轉(zhuǎn)供指令，負載率迅速下降至65%，而過去靠人工計算研判平均需15分鐘以上。
“‘畫像’系統(tǒng)基于現(xiàn)有調(diào)度、運檢、營銷等數(shù)據(jù)，通過配網(wǎng)狀態(tài)估算等技術(shù)，可準確感知配網(wǎng)線路和設(shè)備的運行狀態(tài)，精準定位問題、提供解決方案。”國網(wǎng)資陽供電公司總經(jīng)理栗璐介紹。
——多端互聯(lián)微電網(wǎng)，實現(xiàn)多能互補和時空互濟。
搭乘輪渡登上福建湄洲島，宮下碼頭的“彩色光伏”風(fēng)雨廊映入眼簾。漫步島上，充電樁、移動儲能車等設(shè)施星羅棋布，周邊還布局著許多海上風(fēng)電機組，送出源源不斷的清潔能源。
去年7月，首個多端互聯(lián)低壓柔性微電網(wǎng)在此投運。“我們選取島上輪渡碼頭、宮下村、朝圣停車場等5個片區(qū)，形成環(huán)網(wǎng)，讓不同片區(qū)間實現(xiàn)多能互補、時空互濟。”國網(wǎng)湄洲島供電公司總經(jīng)理王瀚說。
不僅如此，過去島上光伏發(fā)出的直流電，在并網(wǎng)時首先要轉(zhuǎn)換為交流電，送到直流充電樁等用戶側(cè)設(shè)備時，又需再轉(zhuǎn)換為直流電，由此造成電能損耗。“我們的項目創(chuàng)新應(yīng)用了光伏、充電樁直流并網(wǎng)技術(shù)，減少轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了光伏電量就地就近高比例消納。”王瀚說。
國網(wǎng)福建省電力公司董事長阮前途說，接下來福建電力部門將年均投入近百億元，實施配電網(wǎng)提升三年行動，加快建設(shè)“數(shù)字閩電”，支撐接入各電壓等級、各類型電源和負荷，兼容各形態(tài)電網(wǎng)運行方式。
負荷——引導(dǎo)更多負荷側(cè)資源成為可生產(chǎn)電能的“產(chǎn)消者”，因地制宜推動電能替代
在新型電力系統(tǒng)中，工業(yè)可調(diào)控負荷、電動汽車、儲能等負荷側(cè)資源不再是單純消耗電能的“消費者”，而是既消耗電能又可生產(chǎn)電能的“產(chǎn)消者”。比如，電力用戶利用屋頂建設(shè)光伏發(fā)電，富余時可以把電賣給電網(wǎng)，不足時從電網(wǎng)買電。電動汽車可以在用電低谷時充電，在用電高峰時向電網(wǎng)放電。負荷側(cè)與電網(wǎng)靈活互動，可使電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力大幅提升。
“聽說這里有V2G(車網(wǎng)互動)技術(shù)，我過來‘嘗嘗鮮’。電動車放了30度電給電網(wǎng)，充電賬戶返了90度電。”在江蘇常州新型站網(wǎng)互動示范中心，電動汽車車主蔣夢迪體驗了一把“模擬需求響應(yīng)”。國網(wǎng)常州供電公司市場及大客戶服務(wù)室主任李敏介紹，借助V2G技術(shù)，電網(wǎng)負荷較高時，電動汽車能夠反向送電給電網(wǎng)，可達到削峰填谷的效果。
國網(wǎng)江蘇省電力公司董事長謝永勝介紹，接下來，江蘇電力部門將堅持“需求響應(yīng)優(yōu)先、有序用電保底、節(jié)約用電助力”，支持各類負荷資源的全接入、全監(jiān)測、全管理和全方位服務(wù)，持續(xù)提升負荷管理水平，深挖各類可調(diào)節(jié)資源，引導(dǎo)更多資源參與需求響應(yīng)。
當前，各領(lǐng)域還在積極推進以電代煤、以電代油等，提升終端用能清潔化、低碳化水平。
福建武夷山，片片茶園滿目青翠。來到皇龍袍茶業(yè)的加工廠，工作人員正忙著調(diào)試搖青機、熱風(fēng)爐、揉捻機、焙茶機等設(shè)備，為制茶季作準備。
炭焙，是制作武夷巖茶的一道關(guān)鍵流程，傳統(tǒng)做法是將木炭倒入焙坑燃燒，再蓋上一層細灰，將茶葉焙透。如今，工人在焙茶機的屏幕上，就能設(shè)定焙茶的空氣溫濕度、通風(fēng)強度、翻茶狀態(tài)等，確保茶葉均勻烘焙。
“過去師傅每隔半小時要翻一次茶葉，時間長的要十幾個小時。1個炭焙房12個焙籠，每烘焙一次就要消耗60多公斤木炭，成本高也不夠環(huán)保。”皇龍袍茶業(yè)負責人王劍鋒說，目前茶廠80%的生產(chǎn)流程已實現(xiàn)電氣化，較改造前增產(chǎn)35%，平均綜合用工成本降低20%。“2020年開始，我們聯(lián)合相關(guān)企業(yè)研制類炭焙工藝電焙茶設(shè)備，相比傳統(tǒng)工藝可節(jié)省約4/5的能耗費用，減少二氧化碳排放，烘焙增香效果也很接近。”國網(wǎng)武夷山市供電公司副總經(jīng)理吳宏濤介紹。
推進以電代煤、以電代油等，有助于增加新能源消納能力，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。新型電力系統(tǒng)中，終端用能領(lǐng)域的電氣化水平將逐步提升。在江蘇，全省累計推動建成各類全電廚房1萬余個，推廣空氣源熱泵等糧食電烘干設(shè)備6000余臺;在四川，成都空港花田打造全電景區(qū)，觀光車、商業(yè)餐飲、花田澆灌等設(shè)施實現(xiàn)全電化;在浙江，寧波累計投資建設(shè)13套智能高壓港口岸電，實現(xiàn)寧波港集裝箱港區(qū)高壓岸電全覆蓋……“十四五”期間，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域預(yù)計替代電量達到6000億千瓦時以上。
儲能——多技術(shù)路線發(fā)展儲能，支撐電力系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)平衡
“5、4、3、2、1，開始!”隨著指令下達，一陣轟隆隆的聲音傳來，位于四川阿壩藏族羌族自治州小金縣的春廠壩抽水蓄能電站正在開展變速抽水蓄能功率響應(yīng)試驗。
“就響應(yīng)速度來說，常規(guī)抽水蓄能是分鐘級，變速抽水蓄能可做到百毫秒級，而且功率可大可小，相當于可快充、可慢充。”國網(wǎng)四川電力科學(xué)研究院副院長丁理杰解釋道，光伏發(fā)電出力跟天氣緊密相關(guān)，“即便晴天時飄來一朵云，光伏發(fā)電出力也會突變，這時就需要變速抽水蓄能平抑光伏出力的快速波動。”
“十四五”時期，四川還將推進大邑、道孚及一批條件較為成熟的抽水蓄能項目建設(shè)。此前幾乎沒有建設(shè)過抽水蓄能電站的水電大省四川，開始大力推進儲能建設(shè)，可見電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的需求正在增加。
加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，需要儲能這個“超級充電寶”來配合常規(guī)電源，提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和靈活性。
在國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)內(nèi)，不同儲能技術(shù)路線“百花齊放”。在江蘇，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站每年可節(jié)約標準煤3萬噸，減少二氧化碳排放超6萬噸;在安徽，國網(wǎng)安徽電力投資建設(shè)的六安兆瓦級氫能綜合利用示范站，首次實現(xiàn)了我國兆瓦級制氫—儲氫—氫能發(fā)電的全鏈條技術(shù)貫通，為解決長時間大規(guī)模電能存儲提供了技術(shù)驗證;在福建，在建的寧德霞浦漁洋里儲能電站，采用了全液冷電池冷卻系統(tǒng)、全數(shù)字化模式等先進技術(shù)……國家電網(wǎng)表示，下一步將加快抽水蓄能電站建設(shè)，力爭2025年、2030年公司經(jīng)營區(qū)抽水蓄能裝機分別達到5000萬千瓦、1億千瓦;支持新型儲能規(guī)?；瘧?yīng)用，預(yù)計2030年公司經(jīng)營區(qū)新型儲能裝機達到1億千瓦。
記者同時在采訪中發(fā)現(xiàn)，新型儲能和抽水蓄能形成足夠支撐能力尚需時日，新型儲能的技術(shù)安全性和經(jīng)濟性仍需提升，抽水蓄能雖技術(shù)相對成熟，但建設(shè)周期較長。在未來很長一段時間內(nèi)，煤電仍是電力供應(yīng)安全的重要支撐。支撐“雙碳”目標實現(xiàn)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，煤電機組還需要持續(xù)開展靈活性改造和節(jié)能減排改造。
去年夏天，四川遭遇極端高溫干旱天氣，平均降水量較常年同期偏少51%，部分時段電力供應(yīng)出現(xiàn)緊張。四川電力交易中心研究策劃部主任李晨介紹，四川水電裝機占全省裝機容量的78%，風(fēng)光等新能源裝機占比6%，具有頂峰兜底作用的火電裝機僅占16%。受資源稟賦等因素制約，近年來四川煤電裝機占比有所降低，極端天氣情況下火電難以彌補水電出力不足帶來的電力缺口。針對電源多能互補性不強的問題，四川已經(jīng)行動起來?！端拇ㄊ‰娫措娋W(wǎng)發(fā)展規(guī)劃(2022—2025年)》提出，抓緊建設(shè)支撐性、調(diào)節(jié)性火電項目，在成都等省內(nèi)負荷中心、天然氣主產(chǎn)區(qū)新增布局一批氣電項目和應(yīng)急保障電源。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是一場“馬拉松”。“國家電網(wǎng)公司將堅持‘清潔低碳是方向、能源保供是基礎(chǔ)、能源安全是關(guān)鍵、能源獨立是根本、能源創(chuàng)新是動力、節(jié)能提效要助力’的原則要求，牢牢抓住綠色低碳發(fā)展有利機遇，凝聚各方合力，積極推進能源轉(zhuǎn)型。”辛保安表示。(人民日報 記者冉永平、丁怡婷)
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