中國儲能網訊：當前，我國新型電力系統(tǒng)加快建設，新能源逐步向主體電源演進，終端消費電氣化水平不斷提升，電力遠距離配置能力不斷增強，新時代電力發(fā)展成效顯著。與此同時，電力供需平衡壓力疊加系統(tǒng)安全穩(wěn)定風險，電網轉型發(fā)展問題亟待破解。新時代電網發(fā)展要統(tǒng)籌把握好網架結構與支撐電源、新能源與傳統(tǒng)機組、交流與直流、主網與配網之間的關系，加快電力技術創(chuàng)新、示范與應用。本文結合我國電力系統(tǒng)實踐，提出對電網高質量發(fā)展的幾點思考，為統(tǒng)籌轉型與安全提供參考。
新時代電力發(fā)展“量質”并重
我國新時代電力發(fā)展以消費側電氣化、生產側清潔化、配置側廣域化“三化”為重要趨勢，不斷實現“量”的突破和“質”的升級，為滿足經濟發(fā)展和人民對美好生活需要、落實“雙碳”目標提供堅強保障。
消費側電氣化驅動用電需求持續(xù)增長。我國已進入新發(fā)展階段，以高技術、高效能、高質量為特征，新質生產力快速發(fā)展，推動我國經濟發(fā)展由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段?？煽?、穩(wěn)定、綠色的電力供應將成為我國經濟高質量發(fā)展的重要保障。以AI智算中心、黑燈工廠、智能家居為代表的新質生產力創(chuàng)新和全社會電氣化、智能化發(fā)展將推動電力需求不斷增長，過去提出用電負荷飽和的假設已不再適用。預計到2030年，我國用電量有望達到約13萬億千瓦時，到2050年達到約19萬億千瓦時。
生產側清潔化推動新能源成為主體電源。在供應側，我國風電、光伏等新能源將在較長一段時期保持較快的發(fā)展速度，逐步成為電力系統(tǒng)裝機和電量供應的主體，電力清潔化程度不斷提升。預計到2030年，我國新能源總裝機有望達到21億~29億千瓦，裝機占比45%~54%，成為裝機主體，發(fā)電量占比27%~36%。到2050年，新能源總裝機將達到55億~68億千瓦，裝機占比66%~71%，發(fā)電量占比52%~63%，成為電量供應的主體。
新能源安全高效利用需要電網發(fā)揮更加關鍵作用。從我國各地區(qū)的經濟結構、資源稟賦、產業(yè)特點綜合來看，未來東中部將保持電力消費中心的地位。而我國風能、太陽能等新能源資源則集中于西部、北部和東部沿海。這種資源與需求的逆向分布格局決定了我國“西電東送、北電南供、海電西濟”的多方向、大容量、遠距離電力配置的總體格局。東中部地區(qū)分布式新能源需要構建雙向靈活的配電網解決接入和消納問題；西部、北部和海上新能源基地的電力需要大通道更遠距離、更大規(guī)模輸送至負荷中心大電網，解決資源配置問題。新能源規(guī)模化開發(fā)與利用，決定了電網在新能源基地組網、遠距離大容量外送、受端主配微電網協同中將起到越來越重要的作用。
轉型過程中，電網安全形勢更加嚴峻。電力安全穩(wěn)定供應和綠色低碳轉型既是總體目標，也是矛盾挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是“源隨荷動”的受控系統(tǒng)，而新能源發(fā)電由氣候和氣象條件主導，成為電源側的主要擾動來源；新能源大基地的開發(fā)持續(xù)向電網薄弱地區(qū)，甚至無電網覆蓋的無人區(qū)拓展，輸電距離進一步增大，運行支撐能力顯著下降；大量電力電子設備并網、東中部支撐性同步電源比例下降，導致系統(tǒng)“空心化”，電網動態(tài)特性由同步機原理主導轉變?yōu)殡娏﹄娮涌刂浦鲗?，電網關鍵節(jié)點和通道的有功、電壓支撐能力下降。電力系統(tǒng)轉型過程中，電網故障形態(tài)的特征和機理更加復雜，呈現同步穩(wěn)定與新形態(tài)穩(wěn)定問題疊加的特點，極端事件下易發(fā)生連鎖雪崩式故障，需要規(guī)劃、建設、運行各環(huán)節(jié)系統(tǒng)性應對。
對未來電網發(fā)展的幾點思考
一是建設堅強受端電網，穩(wěn)固支撐水平。持續(xù)加強和優(yōu)化受端同步電網主網架，完善各區(qū)域特高壓/超高壓交流主干電網結構，構建結構合理、互聯互濟的受端堅強電網。各區(qū)域電網內部，在交流輸電通道密集、新通道建設邊際效益降低、以及通道土地資源稀缺的地區(qū)，建設一些區(qū)域內的嵌入式直流或者交改直工程，如蘇北-蘇南跨江柔性直流工程，構成交直流混合輸電網的新模式，提升系統(tǒng)可控性，獲得更好運行靈活性和綜合效益。
較長時期內傳統(tǒng)可控電源仍將發(fā)揮關鍵支撐作用。統(tǒng)籌各方面條件，在必要的受端地區(qū)保留部分高效煤電、氣電，用于頂峰調節(jié)和電網安全支撐，并利用電-氫-碳協同技術在中遠期實現零碳排放。同時，積極發(fā)展水電和核電，特別是抽水蓄能、混合（變速）抽蓄等零碳可控電源，到2030年東部抽水蓄能投運容量超過全國的70%，成為受端電網重要的調節(jié)支撐資源。大容量機組要在特高壓交流網架不斷完善的過程中，接入關鍵節(jié)點，提升電網本質安全水平。
二是以縣域、臺區(qū)為單元，提高受端電網內部自平衡水平。當前，受端省份的一些時段新能源出力占總發(fā)電已達到80%，分布式電源高滲透的縣域電網、臺區(qū)出現大容量的潮流倒送。建設用戶側儲能，因地制宜發(fā)展受端微電網，實施配電網感知和控制提升工程，采用虛擬電廠等模式，充分發(fā)揮雙向配電網和有源微電網靈活調控能力，促進分布式新能源的分層分區(qū)、就近自平衡，形成受端電網主-配-微分級協同、各級自治的發(fā)展格局，提升電網對分布式新能源的承載能力。
三是新能源基地“分散化”并網，與送端電網形成清晰界面。沙戈荒大基地2030年規(guī)劃規(guī)模超過4.5億千瓦，已經與西部地區(qū)總用電負荷量級相當，基地外送系統(tǒng)的擾動或故障將對送端同步電網產生巨大沖擊，嚴重影響送端地區(qū)的供電安全。借鑒我國大型火電基地、水電基地等傳統(tǒng)電源基地外送系統(tǒng)構建的經驗，綜合考慮規(guī)模與輸電距離，與受端毗鄰的新能源基地可采用交流輸電方式打捆送出，在結構上與當地交流電網形成簡單清晰的弱連接關系。距離遠、規(guī)模大的新能源基地，采用直流送出，送端不與當地電網連接，采用自主化運行方式。結合地理位置，構建覆蓋多個大基地的直流送端電網。未來“西電東送”直流工程規(guī)模將超過50回，海上風電基地送出需求也將快速增長，采用柔性直流技術組網，加強送端的各基地間、各海區(qū)間互聯，形成“多源多通道協同”的基地直流電網，既可調劑多回直流間的電力電量余缺，又可利用直流通道裕度提升基地電網的安全水平?？傮w規(guī)劃上，要避免出現多個通道通過交流電網形成同送同受、交直流并列等情況，從結構上降低連鎖故障風險。
四是創(chuàng)新基地發(fā)展模式，提升外送電清潔化水平。隨著碳達峰時點的臨近，配套火電機組進行支撐的基地外送模式無法滿足降碳發(fā)展要求，將不可持續(xù)。在傳統(tǒng)支撐能力不斷減弱的過程中，新能源基地將面臨新舊穩(wěn)定問題交織的困難，當前短路比低于1.5的基地已不斷增多。要創(chuàng)新新能源大基地開發(fā)模式，考慮系統(tǒng)頻率、電壓運行要求，使其逐步具備自主運行能力，新能源發(fā)電機組成為系統(tǒng)穩(wěn)定責任的承擔者。一方面，可以采用具備構網能力的新型直流；另一方面，可以采用構網型機組、構網型儲能等技術。綜合考慮基地網絡結構，既要全面提升基地支撐能力，又要重視補強基地內部薄弱節(jié)點。此外，還應積極探索電-氫-碳耦合模式，將新能源發(fā)電、煤電、制氫、碳利用等環(huán)節(jié)有機整合，“十五五”期間率先在西部、北部大基地開展“綠電制氫氨+摻氨發(fā)電”示范，協同火電降碳與穩(wěn)定支撐。
推動關鍵技術創(chuàng)新，破解發(fā)展難題
遠距離大容量高安全直流輸電技術創(chuàng)新。應用更先進的電力電子器件，創(chuàng)新拓撲結構，引入功率型儲能器件等，發(fā)展如CLCC、HCC、SLCC、主動型MMC等新技術，有效提高輸電通道可靠性、解決換相失敗問題，適應新能源出力波動帶來的功率擾動。主動型MMC在換流器中分散布置儲能裝置，每個MMC子模塊通過雙向DC/DC變換器與儲能裝置連接，發(fā)揮直流系統(tǒng)安全防火墻作用，可以實現交直流系統(tǒng)的隔離運行。
直流組網技術工程應用。從系統(tǒng)短路比、慣性、有功/無功支撐等方面研判，綜合利用柔性直流電網、構網型機組、二極管不控整流等技術，形成各類組合式創(chuàng)新技術方案，如在西部地區(qū)構建基于柔性直流輸電技術的網格狀、環(huán)網狀、母線型的直流電網。歐盟與美國也分別提出“推進海上網狀高壓直流輸電網”、“Macrogrid”等直流電網發(fā)展規(guī)劃。
充分挖掘可控機組的調節(jié)潛力。存量煤電機組積極探索深度調峰，最小穩(wěn)定出力向15%甚至更低發(fā)展。推動流域梯級水電運行優(yōu)化，新建水電機組配置調相功能，積極發(fā)展混合抽蓄、變速抽蓄。各類同步機組按需加強勵磁系統(tǒng)，提升電壓支撐能力和調節(jié)靈活性，包括增大過勵倍數、提升勵磁電源和轉子的過負荷能力等。
構網型技術研發(fā)、示范與應用。優(yōu)先在超高比例新能源滲透的弱系統(tǒng)，開展源-網-儲構網型多主體協同規(guī)劃與控制示范，測試各種工況下的適應能力；在負荷側探索應用構網型電氫雙向轉換技術，應對同步機占比下降帶來的受端電網“空心化”問題。結合電網發(fā)展實際，以白皮書、技術規(guī)范等形式支撐企業(yè)項目示范，在示范經驗基礎上加快制定適應于新型電力系統(tǒng)的構網型技術標準。
電-氫-碳協同技術裝備研發(fā)與示范。重點研發(fā)適應純新能源電源的構網型電解水制氫技術，寬負荷波動的柔性合成氨、甲醇工藝，重型純氫（氨）燃氣輪機技術，煤摻氨清潔高效燃燒關鍵技術，無焰富氧燃燒和加壓富氧燃燒技術等，建設電氫碳協同能源系統(tǒng)綜合性交叉研究平臺，在西部、北部地區(qū)設立示范區(qū)，開展新能源基地化開發(fā)和配套煤電的降碳轉型示范，為電-氫-碳協同集成控制、大規(guī)模柔性制氫、綠色化工、高效富氧燃燒、大型火電機組摻氨等提供技術儲備和實證經驗。
