中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：天氣漸寒，華北電網(wǎng)各級(jí)調(diào)度人員越發(fā)忙碌。
用電負(fù)荷化作跳動(dòng)上升的曲線和數(shù)字，讓他們必須在屏幕前的拓?fù)潆娋W(wǎng)上作出“秒級(jí)”反應(yīng)——騰挪電力頂住晚峰，“補(bǔ)上”消失的光，“管住”時(shí)有時(shí)無的風(fēng)。
冬季用電高峰期、供暖期、枯水期三期疊加，新能源發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性，讓冬季用電負(fù)荷上升與電力供應(yīng)的平衡矛盾更加突出。即使是華北電力調(diào)度控制中心主任劉一民這樣的老調(diào)度人也倍感壓力。
保安全，在高比例電力電子設(shè)備接入的情況下電網(wǎng)要穩(wěn)定運(yùn)行；保供應(yīng)，在尖峰負(fù)荷和極端天氣頻發(fā)的考驗(yàn)里保障電力供給；保消納，在新能源發(fā)電快速發(fā)展的形勢下中保證消納量率齊升。安全、供應(yīng)、消納，一個(gè)都不能少。如何做好這三項(xiàng)工作并在變化與挑戰(zhàn)中尋求“最優(yōu)解”？
摸清安全邊界：當(dāng)新能源與電網(wǎng)特性疊加出多重不確定性，如何尋找“確定性”？
華北電網(wǎng)很特殊：在電源裝機(jī)上，不管是火電裝機(jī)、新能源裝機(jī)還是電源總裝機(jī)，華北電網(wǎng)都位居全國區(qū)域電網(wǎng)首位；在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上，華北電網(wǎng)已建成1000千伏交流特高壓主干網(wǎng)架，區(qū)域內(nèi)有錫林郭勒盟—山東、蒙西—天津南、張北—?jiǎng)倮忍馗邏航涣鞴こ蹋辉谛履茉窗l(fā)展上，華北電網(wǎng)新能源發(fā)電占比穩(wěn)步提升，新能源發(fā)電成為電量增量主體，電網(wǎng)呈現(xiàn)出全新的形態(tài)。
新能源發(fā)電裝機(jī)占電源總裝機(jī)比例超過45%，華北電網(wǎng)“雙高”特征顯著，電力系統(tǒng)復(fù)雜性和不確定性持續(xù)增加，系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力面臨考驗(yàn)。既要“供得上”負(fù)荷，又要“吃得下”新能源，在推進(jìn)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，安全尤為重要。
“無論什么時(shí)候，守住安全對(duì)電網(wǎng)企業(yè)來說都是底線。我們有句老話叫安全‘萬無一失’，因?yàn)榘踩皇f無’?！眹W(wǎng)華北分部發(fā)展規(guī)劃部副主任李付強(qiáng)說。
在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組和發(fā)電容量相對(duì)確定，電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)易于掌控。新能源的崛起帶來新變化：單機(jī)容量小、并網(wǎng)點(diǎn)分散，發(fā)電出力及運(yùn)行特性呈現(xiàn)較強(qiáng)隨機(jī)性，電網(wǎng)向低慣量、低阻尼、弱支撐轉(zhuǎn)變，寬頻振蕩等新現(xiàn)象涌現(xiàn)，原有的電力系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)理難以適應(yīng)新特性，電力系統(tǒng)穩(wěn)定面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
如果說傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行存在一定的“慣性”，那么現(xiàn)在，這些“慣性”正在被打破。
如何應(yīng)戰(zhàn)？
“在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型期，實(shí)現(xiàn)分部和省級(jí)電力公司規(guī)劃力量的有效融合、規(guī)劃與運(yùn)行的有效銜接，更加聚焦大系統(tǒng)安全和電力保供的研究，是時(shí)代賦予我們的重要課題?！崩罡稄?qiáng)說，在電網(wǎng)規(guī)劃的“最初一公里”，就要努力實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)規(guī)劃“橫向到邊、縱向到底”。
新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行特性需要重新認(rèn)知?！耙郧暗碾娋W(wǎng)是基于風(fēng)險(xiǎn)狀況的統(tǒng)籌分析來運(yùn)行，出現(xiàn)問題后，調(diào)度去緊急處置。好比開著車走在一條一眼望到頭的高速公路上，路中間如果有坑，避開就行?！眲⒁幻窠忉屨f，“現(xiàn)在，好比這輛車開進(jìn)‘無人區(qū)’，眼前有團(tuán)‘迷霧’，前方是平路還是深淵，不清楚，要改變傳統(tǒng)觀念，通過新的安全的手段摸清電網(wǎng)運(yùn)行的安全邊界。”
讓調(diào)度運(yùn)行的拓?fù)潆娋W(wǎng)和真實(shí)的物理電網(wǎng)對(duì)應(yīng)起來，更清晰地認(rèn)知新型電網(wǎng)，是撥開眼前“迷霧”的關(guān)鍵。
管理電網(wǎng)設(shè)備的部門也在思考同樣的問題。變電站數(shù)量不斷增加，設(shè)備管理量快速增長，這讓國網(wǎng)華北分部生產(chǎn)技術(shù)部主任江長明思考：“我們對(duì)設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律是不是足夠了解？”
更加精細(xì)的管理手段勢在必行?！靶滦碗娏ο到y(tǒng)構(gòu)建中，更需要用系統(tǒng)的觀念去認(rèn)知電網(wǎng)，掌握故障發(fā)生的特征規(guī)律至關(guān)重要?！苯L明說，必須用新技術(shù)、新手段，讓物理電網(wǎng)中設(shè)備的狀態(tài)更加穩(wěn)定，進(jìn)而給電網(wǎng)安全運(yùn)行增加更多的確定性。
觀念的突破，帶動(dòng)理念、方法與管理的系統(tǒng)性更新。
在調(diào)度側(cè)，拓?fù)潆娋W(wǎng)與物理電網(wǎng)“牽手”。11月4日，華北地區(qū)普遍出現(xiàn)新一輪降溫，在華北電力調(diào)度控制中心的大屏幕上，全息智能管控平臺(tái)顯示著天氣、地貌、設(shè)備、電氣等數(shù)據(jù)。調(diào)度員坐在電腦前，查看千里之外電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。年初以來，全息智能管控平臺(tái)20多次成功預(yù)警惡劣天氣對(duì)在運(yùn)設(shè)備造成影響。大電網(wǎng)狀態(tài)“看”得更清晰，為電網(wǎng)運(yùn)行預(yù)留出更多安全“提前量”。
在設(shè)備側(cè)，變壓器有了故障主動(dòng)防范的新手段。國網(wǎng)華北分部生產(chǎn)技術(shù)部融合在線監(jiān)測技術(shù)和繼電保護(hù)技術(shù)，研究提出了變壓器故障主動(dòng)防御技術(shù)，成功研制世界首臺(tái)變壓器主動(dòng)防御裝置。這相當(dāng)于得到了準(zhǔn)確的故障特征“DNA”。
如今，國家電網(wǎng)六大區(qū)域電網(wǎng)的多臺(tái)重要變壓器上，都新裝了主動(dòng)防御裝置?！艾F(xiàn)在只要監(jiān)測到故障征兆，比對(duì)上‘DNA’，主動(dòng)防御裝置就可以精準(zhǔn)識(shí)別并實(shí)施保護(hù)?！苯L明說。針對(duì)這項(xiàng)成果，中國工程院院士邱愛慈評(píng)價(jià)：“大型變壓器主動(dòng)防御裝置的成功研發(fā)深化了人們對(duì)變壓器故障放電規(guī)律的認(rèn)識(shí)，也是防御思維的大膽創(chuàng)新?！?
保障電網(wǎng)安全是一項(xiàng)系統(tǒng)工作。國網(wǎng)華北分部安全監(jiān)察部在構(gòu)建起“華北電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣”的基礎(chǔ)上，正在推動(dòng)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的華北特高壓及省級(jí)輸電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)方法研究?！拔覀円孕碌脑u(píng)價(jià)方法去適應(yīng)新的系統(tǒng)特點(diǎn)，更好地防范安全風(fēng)險(xiǎn)?！痹摲植堪踩O(jiān)察部主任牛四清說。
從電網(wǎng)規(guī)劃“謀”，到調(diào)度運(yùn)行“看”，到設(shè)備管理“控”，再到安全監(jiān)察“防”，在華北電網(wǎng)，新型電力系統(tǒng)安全管控形成了閉環(huán)。
這還不夠。另一團(tuán)“迷霧”急需解開——對(duì)“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地特性的認(rèn)知。
錫林郭勒盟是我國重要的清潔能源基地，這里的綠電通過錫林郭勒盟—山東、張北—?jiǎng)倮麅蓷l特高壓通道送往華北。新能源電源與常規(guī)電源通過特高壓交直流外送，新能源、直流功率、檢修方式等多維度排列組合，需要考慮的運(yùn)行工況達(dá)上千種。同時(shí)，新能源機(jī)組暫態(tài)過程變化速度快、控制邏輯“千機(jī)千面”，風(fēng)火聯(lián)合外送場景下，傳統(tǒng)毫秒級(jí)的機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定問題與微秒級(jí)的新型穩(wěn)定問題交織并存，會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響。
如何認(rèn)知新能源場站的特性？電磁暫態(tài)仿真時(shí)間尺度為微秒級(jí)，類似電力系統(tǒng)的“顯微鏡”，是準(zhǔn)確認(rèn)知高比例新能源電網(wǎng)的有力工具。
在國家電力調(diào)度控制中心的指導(dǎo)下，國網(wǎng)華北分部與中國電科院攻關(guān)電磁暫態(tài)仿真技術(shù)，在錫盟“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地建立了全電磁暫態(tài)仿真模型。這相當(dāng)于把錫盟“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地“搬”進(jìn)了電腦。通過不斷仿真計(jì)算，他們探明了新能源出力波動(dòng)對(duì)風(fēng)火聯(lián)合送出系統(tǒng)的影響機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定特征“算得細(xì)、看得清、驗(yàn)得真”。在此基礎(chǔ)上，國網(wǎng)華北分部自主研發(fā)了新型避雷器，破解了暫時(shí)過電壓制約新能源電力送出的難題，積極推動(dòng)分布式調(diào)相機(jī)并網(wǎng)投產(chǎn)，為保障新能源大基地送出電網(wǎng)安全運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。
從大電網(wǎng)運(yùn)行到新能源基地，撥開新型電力系統(tǒng)運(yùn)行特性的層層“迷霧”，其中的復(fù)雜邏輯被逐步梳理開來：把電網(wǎng)運(yùn)行的新特性了解清楚，通過新型控制手段、策略，更好實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控。
“以前我們談大電網(wǎng)安全的‘三道防線’，現(xiàn)在我們要研究在每道防線之間增加新的控制手段。”劉一民說，系統(tǒng)保護(hù)、頻率防線、寬頻振蕩監(jiān)測等新型防御手段的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了大電網(wǎng)防范系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)的能力。仍有很多新的問題待解，這需要包括電網(wǎng)企業(yè)在內(nèi)的所有相關(guān)方的共同努力。
重塑保供角色：當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷“雙峰”挑戰(zhàn)頻繁出現(xiàn)，如何精準(zhǔn)配置電力資源？
華北電網(wǎng)夏、冬兩季“雙峰”特征明顯，度冬采暖負(fù)荷、度夏空調(diào)負(fù)荷大幅增加，峰谷差不斷擴(kuò)大，加上極端天氣影響，尖峰時(shí)刻越發(fā)成為常態(tài)，電力保供面臨著新的挑戰(zhàn)。
區(qū)域內(nèi)有錫盟、張北、山西等能源基地，華北電網(wǎng)電力“糧食”充足。但遇到“極熱無風(fēng)”“晚峰無光”的情況仍會(huì)力不從心。2023年12月12～14日，華北地區(qū)大范圍降雪，新能源發(fā)電出力短時(shí)間內(nèi)驟降，且持續(xù)多日出力偏低；今年8月22日，華北地區(qū)高溫天氣影響風(fēng)電出力，風(fēng)電對(duì)晚峰平衡支撐嚴(yán)重不足。
不僅如此，華北區(qū)域在保供中的角色也在變化。“華北電網(wǎng)通過‘一交六直’特高壓與四個(gè)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)，既作為‘大受端’受入東北、西北電網(wǎng)電力，又作為‘大送端’將電力送至華東、華中電網(wǎng)。近些年，我們向區(qū)外送電的規(guī)模也越來越大，從被支援轉(zhuǎn)變?yōu)樗褪懿⒋?。各個(gè)區(qū)域在電力保供的關(guān)系越來越密切?！比A北能源監(jiān)管局市場監(jiān)管處處長呂峰說。
雙重挑戰(zhàn)下，怎樣平衡供給與需求？
電網(wǎng)網(wǎng)架的優(yōu)化升級(jí)仍是關(guān)鍵手段。
近年來，華北電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)由500千伏電網(wǎng)向1000千伏特高壓電網(wǎng)的跨越式發(fā)展。以10月31日投運(yùn)的1000千伏張北—?jiǎng)倮馗邏航涣鞴こ虨槔?，工程將錫盟、張家口兩大新能源基地互聯(lián)，特高壓送出通道總送出能力達(dá)到1820萬千瓦。電網(wǎng)網(wǎng)架的升級(jí)促進(jìn)區(qū)域內(nèi)清潔能源開發(fā)消納，也增強(qiáng)了電網(wǎng)抵御嚴(yán)重故障的能力。
升級(jí)的不僅是主網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展水平也不斷提升。在北京，國網(wǎng)北京電力按照“密布點(diǎn)、短半徑”規(guī)劃配電站點(diǎn)。在天津，“雪花網(wǎng)”的落地讓電網(wǎng)使用效率提升近30%。
網(wǎng)架“硬件”先行，打牢基礎(chǔ)，而如何用好通道精準(zhǔn)配置資源，是保供的另一個(gè)關(guān)鍵。
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn)，無論電力保供或新能源電量消納，單靠一個(gè)省的資源稟賦和調(diào)節(jié)力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?！拔覀兝脰|北、華北、西北電網(wǎng)進(jìn)入早峰時(shí)間依次約晚1小時(shí)、光伏發(fā)電出力存在45分鐘至90分鐘時(shí)差的屬性，置換華北、東北、西北電網(wǎng)早峰跨區(qū)錯(cuò)峰電力，‘三北’電網(wǎng)彼此響應(yīng)，很大程度緩解了電網(wǎng)平衡壓力?！北本╇娏灰字行氖袌鼋灰锥恐魅螐堈芙榻B。
精準(zhǔn)調(diào)配資源的同時(shí)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)共同保供的措施也在推動(dòng)。電源側(cè)，電網(wǎng)企業(yè)走訪發(fā)電企業(yè)推動(dòng)“開源”；負(fù)荷側(cè)，更多節(jié)能減排的方法讓用電“節(jié)流”。這些舉措使得新型電力系統(tǒng)“雙峰”條件下應(yīng)對(duì)保供挑戰(zhàn)更加自如。
“長遠(yuǎn)來看，電網(wǎng)規(guī)劃也需要在保供中考慮新型電力系統(tǒng)的特性?！崩罡稄?qiáng)建議，優(yōu)化跨區(qū)電力流規(guī)劃原則，充分挖掘跨經(jīng)度光伏發(fā)電、跨風(fēng)帶風(fēng)電和跨流域水電互補(bǔ)保障潛力，同時(shí)在聯(lián)網(wǎng)樞紐節(jié)點(diǎn)增加更多保供力量，以給區(qū)域電力保供增添更多的底氣。
打通消納鏈條：當(dāng)快速增長的新能源急需系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力升級(jí)，如何凝聚消納合力？
華北地區(qū)新能源發(fā)電增速迅猛。一組數(shù)據(jù)可以直觀呈現(xiàn)——預(yù)計(jì)今年年底華北電網(wǎng)新能源發(fā)電裝機(jī)將達(dá)3.7億千瓦，同比增長37%；京津冀地區(qū)每使用4千瓦時(shí)電，就有1千瓦時(shí)是綠電；近3年，在華北電網(wǎng)新增用電量中，六成以上由新能源新增電量供應(yīng)。
“華北地區(qū)的新能源電量消納至關(guān)重要。一方面，‘雙碳’目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要保障綠電消納；另一方面，消納綠電、建設(shè)綠色華北也是推進(jìn)區(qū)域能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在，需要源網(wǎng)荷儲(chǔ)鏈條的各方共同發(fā)力。”華北能源監(jiān)管局黨組書記、局長童光毅表示。
華北電網(wǎng)“富煤、貧水”，火電是調(diào)節(jié)性電源的主力軍。在世界現(xiàn)役最大火電廠——總裝機(jī)672萬千瓦的托克托電廠，一場深度改造早已開始。2018年至今，電廠完成全部10臺(tái)火電機(jī)組深度調(diào)峰改造?！案脑旌螅谟秒姷凸葧r(shí)段機(jī)組出力能夠降得更低，給新能源發(fā)電讓出空間，并獲得相應(yīng)的市場收益?！蓖锌送须姀S總工程師郭洪義說。
從“讓我調(diào)峰”到“我要調(diào)峰”，火電廠的這種轉(zhuǎn)變是因?yàn)槿A北調(diào)峰容量和調(diào)峰輔助服務(wù)市場的建立。在華北區(qū)域，僅今年上半年就新增超過1600萬千瓦火電深調(diào)改造，新增295萬千瓦火電調(diào)峰能力，調(diào)峰能力累計(jì)達(dá)2927萬千瓦，促進(jìn)消納新能源電量172億千瓦時(shí)。
儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)能力也不斷被發(fā)掘。在光伏發(fā)電裝機(jī)大省山東，分布式光伏電源累計(jì)并網(wǎng)容量在光伏發(fā)電總裝機(jī)中占比近80%。目前，山東省新型儲(chǔ)能規(guī)模已超553萬千瓦。新型儲(chǔ)能能為電網(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰、調(diào)頻等服務(wù)，有效提升新能源電量消納的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。8月，東營市華潤財(cái)金紅光漁業(yè)光伏發(fā)電項(xiàng)目配套建設(shè)的儲(chǔ)能設(shè)施轉(zhuǎn)為獨(dú)立儲(chǔ)能，并入山東電網(wǎng)。項(xiàng)目每年可新增消納新能源電量約6000萬千瓦時(shí)。
截至今年6月底，華北電網(wǎng)230座新型儲(chǔ)能電站并網(wǎng)規(guī)模達(dá)1033萬千瓦/2189萬千瓦時(shí)。在新能源電量消納困難時(shí)段，國網(wǎng)華北分部全網(wǎng)協(xié)同運(yùn)用新型儲(chǔ)能調(diào)節(jié)能力，促進(jìn)消納新能源電量12.87億千瓦時(shí)。
在電網(wǎng)側(cè)，新技術(shù)的運(yùn)用讓新能源場站送出能力大大提升。
冀北地區(qū)的并網(wǎng)新能源發(fā)電裝機(jī)占統(tǒng)調(diào)裝機(jī)規(guī)模的76.7%，居全國省級(jí)電網(wǎng)首位。在國網(wǎng)冀北電力的推動(dòng)下，冀北電網(wǎng)已建成國內(nèi)規(guī)模最大的新能源匯集系統(tǒng)分布式調(diào)相機(jī)群。張家口、承德等地的新能源場站已投運(yùn)28臺(tái)分布式調(diào)相機(jī)，總?cè)萘?8萬千乏，提升新能源電力送出能力146.5萬千瓦。
在負(fù)荷側(cè)，多元主體參與調(diào)峰，也促進(jìn)了新能源電量消納。
11月5日傍晚，河北保定徐水區(qū)太和莊村民喬新華把愛車開到村里剛安裝的充電樁旁：“聽說在這里充電能用上我家屋頂光伏發(fā)的電，我也來試試。”國網(wǎng)河北電力打造臺(tái)區(qū)級(jí)源荷儲(chǔ)充微電網(wǎng)，“打包”管理臺(tái)區(qū)內(nèi)光伏發(fā)電、充電樁、儲(chǔ)能、負(fù)荷等場景，借助大數(shù)據(jù)算法給出新能源汽車充放電最佳策略，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)新能源電量100%就地消納。
華北地區(qū)的電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)聚合電采暖、大工業(yè)、新能源汽車等11種負(fù)荷側(cè)可調(diào)節(jié)資源，累計(jì)促進(jìn)消納新能源電量9.62億千瓦時(shí)。
消納新能源電量，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性提出更高要求，需要源網(wǎng)荷儲(chǔ)各主體協(xié)同配合。而從長期看，相關(guān)機(jī)制的建立將成為新能源電量消納的“軟支撐”。不斷完善的電力市場機(jī)制將調(diào)動(dòng)各類主體參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，推動(dòng)新技術(shù)發(fā)展，也引導(dǎo)用戶調(diào)整用能習(xí)慣，共同促進(jìn)新能源電量消納。
5月23日，山西電網(wǎng)用電負(fù)荷達(dá)3337萬千瓦，午間新能源發(fā)電出力1976萬千瓦，但晚高峰新能源發(fā)電出力僅342萬千瓦。在市場機(jī)制引導(dǎo)下，各類調(diào)節(jié)資源自主參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，保障了新能源電量消納。
截至10月底，華北電網(wǎng)2024年綠電交易電量達(dá)415億千瓦時(shí)，占公司經(jīng)營區(qū)綠電交易總量的33.7%。其中，京津冀地區(qū)綠電交易電量396億千瓦時(shí)，同比增長80%。
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)深入推進(jìn)，新的挑戰(zhàn)仍在出現(xiàn)。以技術(shù)創(chuàng)新破解難點(diǎn)痛點(diǎn)，以機(jī)制建設(shè)為新能源發(fā)展托底，凝聚源網(wǎng)荷儲(chǔ)各方合力，華北電網(wǎng)一系列探索實(shí)踐，朝著安全、保供、消納“最優(yōu)解”一步步邁進(jìn)。
劉一民這樣形容現(xiàn)在的工作：我們像是“試飛員”，只有不斷模擬試驗(yàn)，才能知道會(huì)遇到什么問題，進(jìn)而改進(jìn)提升。
“我們一步一步往前走，哪怕只是前進(jìn)一小步，也是不斷探尋這個(gè)‘最優(yōu)解’的過程?！彼f，不管面臨什么樣的挑戰(zhàn)，一定要把工作做好。
