新型电力系统背景下若干重要技术方向的思考--郭辰华能集团.pdf-solarbe文库

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2023年10月17日新型电力系统背景下若干重要技术方向的思考郭辰博士 /正高级工程师华能清能院院长助理，华能集团可再生能源领域首席专家 12目录 34 对新型电力系统的理解写在最后工作思路建议重要技术方向的最新动态和思考 1 对新型电力系统的理解构建新型电力系统 4 新型电力系统的构建是清洁能源发展的必由之路新型电力系统概念p 新型电力系统是以承载实现碳达峰碳中和，贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求为前提，确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标、以最大化消纳新能源为主要任务，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重要支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。构建新型电力系统 5 p 我国的清洁能源替代是一个“先立后破”、循序渐进的过程。p 构建新型电力系统，实质上是原有电力系统的规模化转型。我国的能源问题与能源发展趋势整体电力结构发展展望电力系统的规模化转型新型电力系统与传统电力系统的区别 6电力系统运行模式发生变化电源的功能发生变化电网的平衡模式发生变化 7 区别1电源的功能发生变化根据我国风能、太阳能资源分布，新能源开发将以集中式与分散式并举，电源总体接入位置愈加偏远、愈加深入低电压等级。p 随着新能源逐步成为主体电源，新能源装机不仅是电力电量的主要提供者，还将具备相当程度的主动支撑、调节与故障穿越等“构网”能力。p 常规电源功能则逐步转向调节与支撑。集中式分散式并举远离末端电网区别2电网的平衡模式发生变化新型电力系统供需双侧均面临较大的不确定性p 电力平衡模式由“源随荷动”的发/ 用电平衡转向储能、多能转换参与缓冲的更大空间、更大时间尺度范围内的平衡，即由“源随荷动”向“源荷互动”进行转变。 8 9 区别3电力系统运行模式发生变化p 电源并网技术由交流同步向电力电子转变，交流电力系统同步运行机理，由物理特性主导、大转动惯量，将来会是人为控制算法主导。p 电力电子器件引入微秒级开关过程，分析认知由机电暂态向电磁暂态转变。p 运行控制由大容量同质化机组的集中连续控制向广域海量异构资源的离散控制转变。功角特性变化复杂化功角特性变化复杂化 10 新型电力系统发展阶段新型电力系统成熟阶段传统电力系统转型阶段新型电力系统形成阶段n 文献引用舒印彪等，构建以新能源为主体的新型电力系统框架研究 11 新型电力系统发展阶段新型电力系统形成阶段新型电力系统成熟阶段p 发用电的实时平衡仍然是主要特征，依靠以抽水蓄能为主体的成熟储能技术基本满足日内平衡需求。传统电力系统转型阶段01. 新型电力系统形成阶段02. 新型电力系统成熟阶段03. p 新能源成为装机主体，具备相当程度的主动支撑能力。p 大规模储能技术取得突破，实现日以上时间尺度的平衡调节。 p 新能源成为主力电源，发用电基本实现“解耦”。p 新能源以多种二次能源形式、多种途径传输和利用，将因地制宜发展多种形态（如输电与输氢网络共存等）。新型电力系统清洁低碳安全可控灵活高效智能友好开放互动能源生产加速清洁化能源消费高度电气化能源利用日益高效化 12 新型电力系统特点和技术方向2 1 6 5 43重要产业技术方向电站储能主动支撑发电设备智能终端深度再电气化装备多能互补融合技术智慧化信息化技术结合新型电力系统的三个区别和三个阶段，个人认为需高度注意新型电力系统的三个特点p 一是大系统集成与数据终端的联合（数据终端，特别是智能化、网联化数据终端需高度重视）。p 二是发电侧与网侧/负荷侧的结合（发电侧主动支撑能力、微电网及多能互补、基地开发联合布局等问题需高度重视）。p 三是传统数据传输与多元异构数据的融合（除传统数据传输外，还有现场场景融合监测方式产生的大量模拟数据量（如视频、图片、音视频等），有助于数字孪生等技术的高效应用）。从这三个特点出发，个人认为有六个重要技术产业方向，会迅速成为重点和热点 2 重要技术方向的最新动态和思考 14 重要技术方向1电站储能储能技术路线电化学储能技术 Ø适用于储能时长较短Ø应用范围广光热型熔盐储能技术Ø光资源好的三北地区优先考虑Ø新疆、甘肃等地区配储时长较长、电网较薄弱，可考虑采取光热型熔盐储能技术，光热与光伏电站搭配运行压缩空气储能技术Ø在盐穴、非矿井资源较好地区优先考虑抽水蓄能技术Ø 在水资源丰富且存在较大落差地区优先考虑光热熔盐储能及多能耦合 15 重要技术方向1电站储能全球和中国太阳能热发电装机容量p 至2022年，全球光热发电装机容量约7050MW，其中槽式占比77、塔式约20、线性菲涅尔式约3；p 中国光热装机约588MW，共8个电站，三种技术路线分别占2个、5个、1个。光热熔盐储能及多能耦合 16 重要技术方向1电站储能光伏-光热多能耦合p 全球光伏发电的LCOE从2010年的0.417美元降至2021年的0.048美元，降幅为88；光热发电的LCOE从2010年的0.358美元降至2020年的0.114美元，降幅为70。p 光伏-光热互补发电，白天光伏发电，光热承担调峰功能、转动惯量支撑；早晚高峰由光热支撑，满负荷发电。随着光热主要部件国产化率提高，互补发电在特定场景下具备技术经济可行性。p 光伏-光热多源耦合方式，在配储时长较长的应用场景及光热造价尚不支撑大规模开发的大背景下，可能会具备较高的经济性。 p 金塔项目测算显示，光热光伏配比为16时，成本电价接近燃煤标杆电价0.3078元/kWh甘肃地区光热熔盐储能及多能耦合 17 城市电站新业态拓展p 2023年1月，国家发改委于发布关于进一步做好电网企业代理购电工作的通知，鼓励支持10千伏及以上的工商业用户直接参与电力市场，逐步缩小代理购电用户范围。p 工商业储能作为分布式储能系统在用户侧的典型应用备受瞩目；p 随着储能技术的不断发展和峰谷价差的不断扩大，工商业储能正在工业园区规模化应用，并成为企业实现可持续发展和经济效益的重要手段；重要技术方向1电站储能城市电站新业态拓展 18 p 截至2022年底，用户侧配置储能总能量约1.8GWh，同比增长49，2022年新增总能量0.60GWh；p 其中工商业配置储能累计投运总能量0.76GWh、占比42，同比增长106.3；2022年新增能量0.39GWh、占比66；p 目前工商业配储主要分布在江苏、广东、浙江等工商业大省，累计总能量占工商业总能量的82。重要技术方向1电站储能城市电站新业态拓展2021 2022 2023 2024E 2025E新增分布式光伏装机（GW） 29.28 51.11 76.67 107.33 138.53新增装机工商业与户用比例 101 101 101 101 101新增工商业分布式光伏装机（GW） 14.64 25.56 38.33 53.67 69.77配储比例（） 5 10 15 17.50 20新增工商业光伏储能装机功率（GW） 0.73 2.56 5.75 9.39 13.95配储时长（h） 2 2 2 2 2新增工商业光伏储能装机容量（GWh） 1.46 5.11 11.5 18.78 27.91 19 自发自用峰谷价差作为备用电源使用工商业储能主要盈利模式对大工业用电而言，安装工商业储能能有效降低两部制电价的两部分电费支出分布式光伏“自发自用”，结合峰谷时段合理利用储能系统，有效减少实际用电费用工商业储能系统可大幅降低容量电费 p 当前，我国工商业储能发展提速，部分省份实现2充2放，大多省份工商业储能都具备较高经济性。p 配有储能系统的工商业用户可以利用更大的尖峰-谷时价差进一步扩大单次峰谷套利的收益，缩短成本回收周期，这将推动工商业储能行业持续快速发展。重要技术方向1电站储能城市电站新业态拓展分布式光伏配储实现电量电费、容量电费双降 20 p 进入7月以来夏季用电处于高峰期，各省份区域纷纷采用尖峰电价，峰谷价差明显增大。p 从电价差来看，上海、广东、浙江、海南、湖南、重庆、河北、北京、四川等9省市最大尖峰低谷电价差超过1元/kWh。p 其中上海市最高，执行两部制1.5倍尖峰电价时，峰谷价差为1.7483元/kWh，新疆最低，峰谷价差为0.4379元/kWh。p 为了适应储能系统两充两放的运行策略，达到收益最大化，峰谷价差峰平价差是工商业储能系统峰谷套利收益测算的关键。按照目前储能电池成本水平，峰谷电价差峰平电价差在1.2元/kWh以上，可商业化推广重要技术方向1电站储能城市电站新业态拓展 21安徽储能补贴政策 p 目前，全国各地正在实施的储能补贴政策超过30项，主要集中在用户侧，并注重与分布式光伏相结合。p 补贴方式主要包括容量补贴、放电补贴和投资补贴，其中与分布式光伏结合的补贴方向最为主要。p 浙江、江苏、四川、安徽、广东等地是政策密度最大的地区，而浙江省龙港市、北京市、重庆市铜梁区等地的政策支持力度较大。储能补贴政策容量补贴放电补贴投资补贴按照储能电站的实际放电量给予储能投资运营主体进行补贴按照安装储能电站的功率或者电池容量进行补贴按照储能项目的投资额进行补贴工商业储能推荐开发区域（结合当前电价差及补贴）重要技术方向1电站储能城市电站新业态拓展频率主动支撑技术惯量响应一次调频技术频率动态支撑技术电压主动支撑技术新能源发电电压控制同步电源电压控制构网型发电设备 22 重要技术方向2具有主动支撑功能的发电设备风机涉网特性改造-一次调频改造频率主动支撑技术控制原理 p 3 月 14 日，国网湖北电力在随州成功实现构网型风电、光伏多机并联及电压源带电试运行，首次实现国内无储能支撑新能源电压源机组运行。p 风电业务板块对风机开展涉网特性改造，提高设备的主动支撑能力，是未来发电端需具备的重要功能。构网型风电、光伏控制策略研究方法-实时仿真重要技术方向3智慧终端设备新能源主动支撑技术 23 型电力系统中，终端设备逐步呈现“去中心化”特征；发电单元变成了信息处理终端，具有自我学习、自我决策能力p IEEE（美国电气电子工程师协会）全球调研报告显示，影响 2022 年度最重要的前几项技术，除了新冠变异病毒防治技术外，就是人工智能和机器学习等技术。p 以风电为例，风机在运行中面临湍流、雷暴、雨水、凝冻等各种复杂工况，通过模拟器进行强化学习后，风机也可以从容应对各种极端工况。智能运行通过海量数据和算法总结规律，和其他风机一期不断学习成长的智能机器人。自我学习、自我决策遇到的情况越多，经验越丰富，控制策略越强，产能越高智慧型风机 24 重要技术方向4深度再电气化装备p 新型电力系统建设背景下，能源发电企业对接用户端、对接传统非电领域的趋势越来越明显。p 国家去年发布新能源汽车产业发展规划2021-2035 年，将坚持电动化、网联化、智能化发展方向作为重点。海南省在全国最早提出 2030 年前实现民用汽车增量全电动化。 25 加快推进再电气化p IEC主席舒印彪院士提出“深度再电气化”就是对传统电气化进行全面升级，充分利用现代能源、材料和信息技术，最终实现以清洁能源为主体的高度电气化社会的过程。重要技术方向4深度再电气化装备 p 2021 年 4 月，远景发布的全球首台绿色充电机器人摩奇Mochi，具备智能驾驶与自动充电功能。通过手机 APP 下单充电，摩奇在接到指令后即为车主规划智能充电方案，自动前往车辆所在位置并开始充电，同时平台实时监测车辆电池健康度，实现车桩分离、“无感”充电。 26 新型电力系统中，涉及到广域海量源网荷储资源的总体平衡和协调控制p 关键技术多能互补融合技术。p 风光水储多能互补优化配置规划技术。华能澜沧江大型清洁能源基地之华能野猫山风电场和华能小湾水电站重要技术方向5多能互补融合技术多能互补智能化控制平台 27 重要技术方向5多能互补融合技术智慧建筑中的多能互补融合p 会议室电控系统，根据每天负荷曲线，推算使用者的用电习惯，给出开关灯、空调调温的方案，并动态在线学习、调整优化。p 办公系统的微风电、光伏发电单元、步行走廊发电单元，储能单元、用电负荷等，可通过直流微电网组网，提高控制的可靠性和安全性、降低耗电量、提升运行效率。建筑内直流微网系统 28 重要技术方向5多能互补融合技术p 未来的新型电力系统，会实现能量消纳的细密网格剖分，实现“胶囊式近零排放”，人工智能及其他控制算法将成为主导未来能源互联网的运行模式和形态。绿色建筑 p 建设分布式高效能源互联网，形成支撑多能源协调互补、及时有效接入的新型能源网络，实现能源供需信息的实时匹配和智能化响应。人工智能将起到支撑作用。 29 重要技术方向6信息化、智慧化技术传统数据传输与多元异构数据的深度融合p 新能源场站开发、建设与运行情况，呈现与水文、气象环境高度耦合的关系。p 除了数字化信息传输通道（传统的集控）外，还需要通过先进遥感监测技术对于新能源场址区情况进行实时动态监测，采集现场图像（音视频）等数据，实现信息闭环。风资源评估新能源场站动态监控风电功率预测中微尺度耦合技术30km分辨率中尺度数据 200m分辨率中尺度数据降尺度与微尺度耦合35m分辨率资源评估重要技术方向6信息化、智慧化技术中尺度气象数据（再分析数据）与现场测风数据（微尺度数据）融合，也属于多源异构数据融合的案例