提升新型电力系统规划弹性日益迫切 微电网发展前景广阔——访西安交通大学副校长、电气工程学院院长别朝红

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中国电器工业协会近日发布的报告显示,预计到2030年,煤电装机将达11.74亿千瓦,占比达30.9%,发电量4.54万亿千瓦时,占比达42%;新能源装机将达17亿千瓦,占比达44.71%,发电量2.92万亿千瓦时,占比升至27%。到2060年,我国新能源装机将达59亿千瓦,发电量占比超60%,煤电占比仅约7%。那么,大规模新能源并网给现有电力系统带来什么影响?电力规划工作如何与构建新型电力系统的目标相匹配?保障电力系统安全稳定运行的关键是什么?电网弹性研究的重点又是什么?围绕这些问题,记者近日采访了西安交通大学副校长、电气工程学院院长别朝红。

别朝红:新型电力系统具有高比例新能源接入、高比例电力电子设备接入、发电和用能高自由度,以及夏季、冬季双用电高峰的“三高双峰”特征,对电力系统安全稳定运行提出了新挑战。

具体体现在:以不确定性电源为主导的新型电力系统灵活性需求增加,但随着传统电源被替代,常规灵活性资源减少,灵活调节能力不足,致使电力系统可靠运行受到威胁;间歇性可再生能源大规模并网,电网转动惯量下降,使得电网安全稳定问题日益突出;随着大量自动化信息化设备及电力电子装置融入电网,电力系统结构和运行方式趋于复杂,运行风险增大;新能源的低抗扰性存在大规模脱网风险,引发连锁反应后,将进一步恶化事故后果,尤其是极端事件造成的安全风险将更加突出。

别朝红:保障新型电力系统安全稳定运行的关键包括多个方面:要加强储能规模化布局与应用,推动抽水蓄能多元化发展,推进源网荷各侧新型储能多应用场景发展,推动新型储能与电力系统协同运行;要建设智慧化电力系统运行体系和适应新能源发展的新型调度运行体系,并推动电网智能升级,打造新型数字基础设施,构建能源数字经济平台;要推动新型电力系统标准化工作,完善源网荷储各环节相关标准,推动电力市场相关标准出台,加强电力安全领域标准研究,切实保障电力系统安全稳定运行和电力可靠供应。

此外,还要积极发展数据挖掘、机器学习、人工智能等新兴技术,提升新型电力系统规划运行决策的效率和准确性。

中国能源报:新型电力系统给电力规划工作带来哪些新挑战?合理规划新能源与电力发展需要注意什么?

新型电力系统不确定性广泛存在于各环节,供需由总量平衡向资源时空均衡转化,这种本质特征的变化导致规划的内在机理和外在边界难以刻画。同时,现有以充裕度为核心的确定性规划难以应对供需平衡特征的变化,亟需开展新型电力系统特征变化对规划的影响机理研究。

在不确定性电源的主导下,电力系统运行特性更加复杂多变,规划与运行的耦合更加紧密,需在规划中对系统安全运行约束进行精准刻画。因此,现有基于典型常规场景的电力规划方法不再适用,亟需突破不确定性电源主导下的安全约束构建及高效的求解方法。

极端事件频发给电力系统安全运行带来的影响不容忽视,新型电力系统规划需充分考虑极端场景的影响,但极端场景与常规场景的技术经济性存在天然矛盾,难以兼顾。在这种情况下,传统仅针对常规运行场景的电力规划方法不再适用,需兼顾常规场景与极端场景,开展动态适应性规划技术研究。

合理规划是电力系统安全运行的先决条件和基石。因此,从规划阶段就考虑弹性提升开展新型电力系统规划,以智能化手段,从影响机理、建模求解、评估决策等方面开展理论探索与方法创新,从源网荷储多角度、全方位为电力系统提供应对扰动事件的必要资源,从而从源头保障新型电力系统安全。

中国能源报:您长期从事电力系统弹性基础理论研究与关键技术研发工作,国内外开展了哪些相关工作?

别朝红:电力系统弹性指的是对极端事件的预防、抵御及快速恢复负荷的能力。现代社会对电力供应的依存度越来越高,然而近年来台风、暴雨、极寒、高温等极端事件频发,给电力系统安全运行带来了严峻挑战,因此电力系统弹性得到社会各界的广泛关注。

目前,国内在弹性电力系统内涵、弹性评估手段、配电网层面的弹性提升技术等方面取得了一系列成果。学术界针对电力系统弹性概念和内涵、防灾应急资源优化决策、配网故障恢复等方面开展了大量研究;工业界成立了电力系统非常规状态研究中心等专门机构,构建了保障核心区域及关键用户在极端自然灾害下不停电、少停电的保底电网,探索建设了能源互联网形态下的多元融合高弹性电网,并从极端天气建模、弹性评估、云计算事故推演、柔性负荷调控、优化恢复策略、全景信息可视化等方面开展了项目研究与示范应用。

别朝红:目前电力弹性研究仍有很多问题待解,如未形成系统性的规划、运行理论与技术成果,以及理论与实践结合不紧密等。未来既需研究能源转型与电力系统弹性提升的电源结构与布局优化,也需深入探究配网柔性互联与用户侧资源挖掘、弹性电力系统与能源市场融合及与多基础设施系统协作等问题。需开展的技术攻关主要包括:电力系统最大风险和薄弱环节辨识技术;关键节点加固、应急响应和快速恢复技术;弹性电力系统与数据挖掘、机器学习、人工智能等新兴技术的结合;电力信息物理融合系统弹性提升技术等。

中国能源报:您主持制定了微电网国际标准“微网规划及设计导则”,微电网在我国的发展前景如何?面临的主要挑战是什么?

别朝红:微电网是由分布式电源、储能及负荷等构成的一种新型发配电力系统,有助于实现源网荷储资源高效利用,提升电力系统的灵活性与经济性,对新型电力系统发展具有重要的支撑作用。微电网具备提高可再生能源渗透率、新能源发电设备协同管理与集群优化、需求侧管理及主动响应和提升极端事件下负荷恢复能力等技术优势,能适应新型电力系统的运行要求,具有广阔的发展前景。

微电网发展面临的主要挑战包括:规划面临多种能源发电不确定性的挑战;自动发电、智能控制和最优运行等新技术仍有较大不足,难以满足用户需求;作为相对独立的单元,微电网集成各类分布式能源的能力有限,在极端事件下的暂态电压稳定能力及长时间孤岛运行能力不足。

为应对上述挑战,一方面,需加强微电网与电力、能源市场融合,完善弹性提升及微电网参与供电服务的激励与补偿机制;另一方面,可以发展多微电网互联、动态边界微电网、交直流微电网等技术,研究多微电网能量管理与源网荷储协调控制方法,提高其常规运行下的灵活性、能源利用效率及极端事件下的弹性。(中国能源报 记者 苏南 董梓童)

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