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智慧赋能新型电力系统

  山西作为全国首个能源革命综合改革试点,新型电力系统与之密切相连。山西的新能源发电装机容量占比超过30%,到“十四五”末,新能源和清洁能源发电装机占比还将提高到50%。那么,新型电力系统“长什么样”?新型电力系统如何将风、光变为可靠电源?智能化的新型电力系统如何让风、光等自然资源被最大化利用?我们来一探究竟——

  一切顺其自然时,我们便习以为常。当人们合上电脑下班,乘坐电梯,打开家里的灯,感受空调带来的舒适体感,窝在沙发上安心看一场电影,可曾想过,这些日常生活的背后,是我国强大的电力系统在作支撑。

  目前,我国电力系统主要是以火力发电为主,水电、风电、光伏发电、核电等发电形式作为补充的一个系统。而在“双碳”背景下,电力系统要升级了——也就是新型电力系统。未来构建的新型电力系统将以新能源为供给主体,以坚强智能电网为枢纽平台,以源网荷储互动与多能互补为支撑,集中式与分布式电力结构并举,在确保能源电力安全前提下,满足经济社会发展电力需求。相比传统电力系统,新型电力系统将更加清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动。

  “以后绿色、低碳乃至零碳的绿电融入生活使用,不仅符合我们的公共利益,并且也会更便宜、有趣。比如将来家里的电动汽车可以在晚上11时到第二天早上7时之间,某个电价最低的时段,自动在充电桩上充电,向电网购电;之后人们开着车去上班,停到停车场,在上班期间某个电价最高点的时候由电动汽车自动向充电桩放电,整个过程就实现了综合盈利。”山西省电力行业协会副会长、金风科技山西公司副总经理薛宇用一个例子解释新型电力系统究竟“长什么样”。

  值得关注的是,以新能源为供给主体的新型电力系统还有一大特征,就是清洁低碳。在“双碳”目标下,我省积极推进能源革命,布局新能源产业发展,加速实现绿色发展。省第十二次党代会提出:到“十四五”末,新能源和清洁能源发电装机占比将提高到50%的目标。构建以新能源为主体的新型电力系统意味着光伏、风电必将迎来大幅增长。

  在大同,国家先进技术光伏示范基地的晋能控股电力集团蓝岭光伏电站内,平均高4米的电池组件随着太阳转动,汲取光能,这是国内先进的同景双轴跟踪系统,比常规固定式发电效率高20%以上,年平均上网电量1.8亿千瓦时。这种跟踪系统突破了土地资源稀缺的瓶颈,在上部进行光能与电能转化的同时,下面种植耐旱的大同黄花菜,实现农光互补。

  在长治,太阳能光伏全产业链规模位居全省第一。在这个链条上,“硅矿—工业硅—多晶硅—单晶硅—电池片—太阳能组件—光伏发电”上中下游各个环节紧密,体系完整。仅山西潞安太阳能科技有限责任公司一家,就拥有光伏一体化产能7.5GW,是我国具备光伏一体化产能仅有的十家企业之一。来自山西的光伏板将在这里把源源不断的光能转换为电能,通过电网输送到企业、工厂、千家万户。

  追光逐风,补链强链。新能源发电设施高度依赖风力、太阳光等自然资源,由于它们具有很强的波动性,导致弃光弃风现象时有发生。新型电力系统应该如何把波动性、间歇性很强的新能源变为稳定可控的电源?清华大学电机系教授郭庆来认为:“这其实就是如何消纳更多可再生能源的问题,由于原因多样,所以解决的技术路径也多元。其中既有规划的问题,比如电源、网价的规划是否合理,也有灵活性资源的配备问题,比如是否要上更多储能。能源互联网本质上,就是希望通过互联网思维使能源系统具有更强可调节的灵活性,从而消纳掉更多可再生能源的波动性。”

  新型电力系统是以新能源为供给主体的,而在新能源发电技术中,风电和光伏将是能源主力军。截至2021年11月,中国可再生能源累计装机容量约占全球1/3,风电、光伏新增装机占全球一半以上,其中风电总装机规模已超3亿千瓦,新增装机量连续多年居全球第一,我国已经成为全球最大的风电制造国和应用市场。

  如何保证新能源电力应发尽发,让丰富的风、光等自然资源被最大化利用?构建新型电力系统正是破解这一难题的现实路径,而新型电力系统最大的特征之一就是智能化。

  中国华电集团白虎岭风电场总装机容量100MW,共有50台风机。理论状态下,每天不停运转24小时,可发电200多万千瓦时。不过风电利用时间主要取决于当天风量大小和风机运作状态,不可控因素决定了要靠“等风收钱”并不容易。

  透过这个风电场的控制中心——升压室的智能屏幕,整个风电场的风大与小、所有风机的工作状态都可以看得清清楚楚,智能系统给发电站的绩效管理带来了便利。据了解,自从2021年4月实行日能效管理机制开始,这里每月发电量都有提升,截至去年11月电量同比提升719万千瓦时,相当于节省884吨标煤,减少约2389吨二氧化碳排放量。

  去年5月份,该风电场的一条线路出现故障,工作人员通过智能系统看到后台数据,判断出问题原因,只用两个小时就消除了故障,比原先同类情况节省约40个小时。此次故障解决,说明日能效管理机制不仅使发现和处理问题的速度变快,同时也优化了定检巡检的方式。

  目前,日能效管理机制已经从白虎岭风电场推广到整个集团,华电山西能源有限公司副总经理刘少龙算了一笔账:“华电山西能源有限公司在施行日能效管理机制8个月以来,电量增发了8000万千瓦时,折合节省标准煤2.4万吨,减少二氧化碳排放6.6万吨。”

  “智能化的新型电力系统,应该在多元、灵活、互动三个方面做一些努力。”薛宇说,“电源侧需要提升风光功率预测的精准度,进而让我们可以更快、更精准地预知风光;负荷侧我们需要通过电的现货市场交易等相关细则,来影响和疏导用户的用能习惯,进而实现源荷互动。”

  新型电力系统建设是一个长期过程,是一场能源电力领域广泛而深刻的变革。新型电力系统之“新”也不仅指形态之“新”,而是电力系统的一系列创新之“新”,这里面既包括传统电源、电网、用电、储能等创新,也包括技术创新和管理创新。志不求易者成,事不避难者进,电力系统应该主动探索变革之路上的可能性,搭建起现实与未来之间的可行性,为实现能源转型和“双碳”目标作出贡献。