中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：今年夏天，上海電網(wǎng)經(jīng)歷了持續(xù)高溫的嚴(yán)峻考驗(yàn)。最高負(fù)荷創(chuàng)下4030.2萬(wàn)千瓦的新紀(jì)錄，較2022年的極值增長(zhǎng)了5.87%。用電峰谷差、日用電量、受電電力、日受電量等多個(gè)指標(biāo)均突破歷史極值。
除了高溫酷熱，近年來(lái)臺(tái)風(fēng)直擊、持續(xù)大雨等極端天氣也頻繁出現(xiàn)，但上海的能源保障不容有失。國(guó)網(wǎng)上海市電力公司針對(duì)都市型電網(wǎng)的特點(diǎn)和高可靠性需求，特別是大受端、高密集、高復(fù)雜性，從源、網(wǎng)、荷多環(huán)節(jié)入手，依托科技手段多維施策，確保能源供應(yīng)的安全穩(wěn)定。
應(yīng)用超導(dǎo)電纜技術(shù)，在寸土寸金之地提高傳輸效率
到今年9月22日，上海35千伏公里級(jí)超導(dǎo)輸電示范工程已安全運(yùn)行1000天。在累計(jì)2.4萬(wàn)小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間里，這條電纜為徐家匯商圈、上海體育館等核心區(qū)域的4.9萬(wàn)戶用戶穩(wěn)定輸送電量近4.9億千瓦時(shí)，展現(xiàn)了超導(dǎo)技術(shù)在城市電網(wǎng)應(yīng)用中的巨大潛力。
和地面空間類(lèi)似，上海的地下空間同樣寸土寸金。超導(dǎo)電纜的額定電流高達(dá)2200安培，傳輸能力相當(dāng)于常規(guī)電纜的4～6倍，可有效節(jié)約地下空間資源。這樣的優(yōu)勢(shì)對(duì)上海而言頗為寶貴。此外，在液氮的超低溫環(huán)境下，超導(dǎo)材料以接近零電阻的特性高效傳輸電能，減少電力損耗，提高能源利用效率，為城市電網(wǎng)高負(fù)荷背景下的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行再拓一條新路。
在超導(dǎo)電纜工程的建設(shè)過(guò)程中，國(guó)網(wǎng)上海電力首次采用了超導(dǎo)電纜全程排管冷縮補(bǔ)償方法，解決了200攝氏度的溫差下內(nèi)外差異化冷縮導(dǎo)致的接頭間電纜伸縮補(bǔ)償難題，打破了超導(dǎo)電纜工程的長(zhǎng)度限制。國(guó)網(wǎng)上海電力還自主研發(fā)了敷設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)及專(zhuān)用工器具，破解了狹小空間內(nèi)敷設(shè)的難題，實(shí)現(xiàn)公里級(jí)超導(dǎo)電纜大轉(zhuǎn)角、高落差、全路徑排管的無(wú)損敷設(shè)。
工程投運(yùn)后，國(guó)網(wǎng)上海電力利用數(shù)字孿生技術(shù)，建設(shè)了基于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的全方位運(yùn)維管理平臺(tái)。這一平臺(tái)不僅可以模擬超導(dǎo)電纜的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，并能夠?qū)收巷L(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警。
為了加強(qiáng)管理平臺(tái)的感知能力，國(guó)網(wǎng)上海電力在1.2千米的超導(dǎo)電纜沿線安裝了智能井蓋、智能地釘、可視化聯(lián)動(dòng)裝置等多種智能設(shè)備，這些設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)傳輸電纜的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，運(yùn)維人員可以及時(shí)掌握電纜的溫度、壓力、流量等參數(shù)。在發(fā)生異常時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)反饋，幫助運(yùn)維人員迅速定位故障類(lèi)型，實(shí)施精準(zhǔn)修復(fù)，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
在確保工程成功投運(yùn)、超導(dǎo)電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，國(guó)網(wǎng)上海電力還將科技創(chuàng)新的目光投向更廣闊的領(lǐng)域，助力推動(dòng)整個(gè)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成立了長(zhǎng)三角超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟，形成了一套以市場(chǎng)為導(dǎo)向，政府支持、企業(yè)實(shí)施的產(chǎn)業(yè)鏈布局創(chuàng)新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了從材料生產(chǎn)、低溫制冷、設(shè)備制造到電網(wǎng)應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈聚合，為后續(xù)以超導(dǎo)技術(shù)為核心的超導(dǎo)電抗器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)開(kāi)關(guān)站乃至5千米超導(dǎo)輸電示范工程建設(shè)提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)支撐。
在超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)過(guò)程中，國(guó)網(wǎng)上海電力還積極推動(dòng)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，為超導(dǎo)技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了規(guī)范依據(jù)。其牽頭制定的超導(dǎo)電纜領(lǐng)域的首個(gè)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和首個(gè)國(guó)網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。
應(yīng)用可控?fù)Q相換流閥，提升電網(wǎng)運(yùn)行可靠性
上海電網(wǎng)的規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元素眾多，需要不斷引入新設(shè)備和新技術(shù)來(lái)提升電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。
2023年6月18日，上?！?00千伏南橋換流站設(shè)備改造工程竣工投產(chǎn)，工程采用了全球首創(chuàng)并具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可控?fù)Q相換流閥（CLCC）技術(shù)。
南橋站建成于1989年，是我國(guó)首座±500千伏直流換流站，也是上海電網(wǎng)最主要的外電入滬“落腳點(diǎn)”之一。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，南橋站部分設(shè)備老化嚴(yán)重，運(yùn)行不穩(wěn)定。2022年9月，國(guó)網(wǎng)上海電力啟動(dòng)了南橋站設(shè)備改造工程。其中的一場(chǎng)“重頭戲”，就是將運(yùn)行了30多年的換流閥更換為可控?fù)Q相換流閥，相當(dāng)于為南橋站進(jìn)行了一次“換心手術(shù)”。
實(shí)際上，隨著西部新能源大規(guī)模東送以及本地新能源比例不斷提高，我國(guó)華東、華南地區(qū)已形成交直流互聯(lián)的大受端電網(wǎng)系統(tǒng)，面臨著多回直流連續(xù)換相失敗及閉鎖的風(fēng)險(xiǎn)，電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，解決多饋入直流系統(tǒng)連續(xù)閉鎖問(wèn)題，消除換相失敗威脅就顯得尤為緊迫。
可控?fù)Q相換流閥就是破解多回直流連續(xù)換相失敗及閉鎖風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。相比于同一電壓等級(jí)、同等輸送容量的柔直方案，可控?fù)Q相換流閥方案的成本不到二分之一，且占地面積更小，這對(duì)上海這類(lèi)土地資源稀缺的超大城市來(lái)說(shuō)是一個(gè)“更優(yōu)解”。自2023年6月投運(yùn)以來(lái)，南橋站的這套可控?fù)Q相換流閥已成功抵御6次換相失敗，證明了新設(shè)備的可靠性。
可控?fù)Q相換流閥在針對(duì)性運(yùn)維方面存在經(jīng)驗(yàn)空白。一年多來(lái)，國(guó)網(wǎng)上海電力運(yùn)維人員提出了高保真建模與多場(chǎng)快速仿真方法，通過(guò)建立閥組、閥控設(shè)備等關(guān)鍵器件的真型計(jì)算模型，探索多維狀態(tài)感知與評(píng)估技術(shù)，對(duì)可控?fù)Q相換流閥開(kāi)展三維全尺寸電、磁、熱多物理場(chǎng)應(yīng)用評(píng)價(jià)；同時(shí)，建立了配套的可靠性評(píng)價(jià)方法，優(yōu)化了運(yùn)行策略，并開(kāi)發(fā)了可控?fù)Q相換流閥數(shù)字化運(yùn)維應(yīng)用系統(tǒng)。
自2023年起，作為南橋站運(yùn)維單位，國(guó)網(wǎng)上海超高壓公司牽頭了包括國(guó)家電網(wǎng)有限公司總部項(xiàng)目、國(guó)網(wǎng)上海電力科技項(xiàng)目等在內(nèi)的12項(xiàng)科技項(xiàng)目，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、施工改造、運(yùn)維仿真、狀態(tài)評(píng)價(jià)、運(yùn)維檢修數(shù)字化、控保技術(shù)智能化等方面形成項(xiàng)目和成果布局，深度挖掘持續(xù)創(chuàng)新，促進(jìn)可控?fù)Q相換流閥改造相關(guān)成果轉(zhuǎn)化及應(yīng)用示范。
國(guó)網(wǎng)上海電力將以特有的老站改造工程成功經(jīng)驗(yàn)為藍(lán)本，形成“可研—標(biāo)準(zhǔn)—工程—專(zhuān)利”的一體化推進(jìn)模式，打造了“大工程、大項(xiàng)目、群成果、群應(yīng)用”體系，打破關(guān)鍵技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，建立自主可控的國(guó)產(chǎn)平臺(tái)，建立一套集科技創(chuàng)新、先行先試、成果轉(zhuǎn)化為一體的科技創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。展望未來(lái)，相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化替代、電網(wǎng)穩(wěn)定性提升、清潔能源發(fā)展等多項(xiàng)指標(biāo)都將進(jìn)一步得到提升，并形成示范效應(yīng)。
打造虛擬電廠，提升負(fù)荷調(diào)控能力
上海是國(guó)內(nèi)目前區(qū)域負(fù)荷密度最高、負(fù)荷峰谷差最大的城市之一，但尖峰負(fù)荷年持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，僅十幾到幾十個(gè)小時(shí)，若依靠傳統(tǒng)方式新建大量本地電源作為補(bǔ)充，在經(jīng)濟(jì)層面和物理層面均非最優(yōu)。此外，上海的工商業(yè)負(fù)荷密度高，電動(dòng)汽車(chē)等新型負(fù)荷規(guī)模大，局部熱點(diǎn)問(wèn)題逐漸凸顯，若不能通過(guò)有效手段強(qiáng)化負(fù)荷控制能力，不僅會(huì)使配電網(wǎng)面臨巨大的運(yùn)行壓力和改造問(wèn)題，還會(huì)影響到用戶用能體驗(yàn)，更無(wú)法滿足節(jié)能降碳需求。
為了破解上述矛盾，國(guó)網(wǎng)上海電力從2014年起就啟動(dòng)了虛擬電廠建設(shè)的相關(guān)工作，通過(guò)建設(shè)靈活、可調(diào)的電力資源庫(kù)，充分加強(qiáng)電力電量平衡能力，提升電力平穩(wěn)供應(yīng)水平，并同步推動(dòng)用能側(cè)節(jié)能降碳。截至今年9月底，國(guó)網(wǎng)上海電力已培育虛擬電廠24家，完成資源接入1678戶，申報(bào)可調(diào)節(jié)容量97萬(wàn)千瓦。
上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)是虛擬電廠資源聚合拓展與示范應(yīng)用的典型地區(qū)。2023年11月，國(guó)網(wǎng)上海電力聯(lián)合臨港新片區(qū)管委會(huì)出臺(tái)《臨港新片區(qū)虛擬電廠精準(zhǔn)響應(yīng)實(shí)施方案（試行）》及《臨港新片區(qū)虛擬電廠精準(zhǔn)響應(yīng)管理辦法（試行）》，在借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)虛擬電廠業(yè)務(wù)模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合臨港資源稟賦及發(fā)展需求進(jìn)行了模式創(chuàng)新，明確了虛擬電廠的管理體系及業(yè)務(wù)流程，在全國(guó)首創(chuàng)以電量容量雙補(bǔ)貼為主、精準(zhǔn)響應(yīng)激勵(lì)為輔的運(yùn)營(yíng)模式。
2024年1月，臨港虛擬電廠管理中心揭牌成立，主要負(fù)責(zé)臨港新片區(qū)虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)管理、平臺(tái)建設(shè)以及資源拓展等，并推動(dòng)建立一個(gè)涵蓋“政府—虛擬電廠管理中心—虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商”的分層管理體系。
根據(jù)上海市發(fā)展改革委印發(fā)的《上海市虛擬電廠高質(zhì)量發(fā)展工作方案》，到2025年，上海全市虛擬電廠調(diào)節(jié)能力將達(dá)到100萬(wàn)千瓦，虛擬電廠商業(yè)模式、市場(chǎng)機(jī)制、產(chǎn)業(yè)生態(tài)基本形成。國(guó)網(wǎng)上海電力力爭(zhēng)到“十五五”期間具備年度最大負(fù)荷5%左右的穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力，使之成為電力保供和峰谷調(diào)節(jié)的重要支撐，形成可持續(xù)、常規(guī)化的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式和國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
