中國儲能網(wǎng)訊：日前，國家科技部驗收了由國家電網(wǎng)公司承擔(dān)的國家支撐計劃“含高比例間歇式能源的區(qū)域型智能電網(wǎng)集成綜合示范”項目。該項目于2013年獲批立項，包含“以電網(wǎng)低碳化為特征的智能電網(wǎng)綜合集成示范工程”“以多環(huán)節(jié)綜合互動為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程”“區(qū)域智能電網(wǎng)綜合示范工程”“以大規(guī)?？稍偕茉蠢脼樘卣鞯闹悄茈娋W(wǎng)綜合示范工程”4個課題，其中3項分別由國網(wǎng)上海、江西和寧夏電力主導(dǎo)。
在我國大力發(fā)展風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源的背景下，該項目為解決我國電網(wǎng)對高比例間歇式能源接入的適應(yīng)性、安全穩(wěn)定的可控性、消納利用的經(jīng)濟性等難題提供了技術(shù)手段，有力支撐了能源結(jié)構(gòu)清潔化發(fā)展。讓我們一起深入了解下該工程展示的智能電網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用成效。
江西共青城的電動公交正停靠在車站更換電池
江西共青城
低碳化發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟區(qū)
目前，江西共青先導(dǎo)區(qū)減排效益顯著，單位GDP二氧化碳排放強度降低32.94%，電能終端能源消費比重提高到28.37%，清潔能源消納占比從5.86%提升到54.52%，形成基于全壽命周期理論的電網(wǎng)低碳運行管理機制，實現(xiàn)了從單項技術(shù)的低碳能力向區(qū)域整體低碳效益最大化的邁進(jìn)。
“根據(jù)系統(tǒng)顯示，可以看出我們現(xiàn)在使用的電是高碳電?！?月14日，國網(wǎng)江西電力科學(xué)研究院的工作人員在江西共青城鴻奕鞋業(yè)生產(chǎn)車間現(xiàn)場展示碳量測系統(tǒng)成果。
電從發(fā)電廠出來，要通過輸電、變電、配電等多個環(huán)節(jié)和很長的線路，再到達(dá)用戶側(cè)使用，通過安裝在用戶端的一個設(shè)備，竟能夠?qū)崟r測出這從四面八方來的電的碳排放強度？這聽起來讓人難以置信。但這正是國網(wǎng)江西省電力承接的國家科技支撐計劃子項目——“以電網(wǎng)低碳化為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程”最核心的研究成果。
電力行業(yè)是國家實施節(jié)能減排的重點領(lǐng)域，要有效落實減排承諾，必須通過合理手段實行節(jié)能減排，加快發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)勢在必行。以前，由于缺乏全環(huán)節(jié)的碳量測手段、全過程的碳控制技術(shù)、全方位的碳評估方法，致使智能電網(wǎng)建設(shè)對城市低碳發(fā)展的貢獻(xiàn)難以體現(xiàn)。2013年，國網(wǎng)江西電力與江西電科院以江西共青城為綜合示范區(qū)，啟動了首個以電網(wǎng)低碳化為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程建設(shè)。
項目的綜合示范區(qū)為江西省重點發(fā)展的生態(tài)經(jīng)濟區(qū)——共青先導(dǎo)區(qū)，項目主要從低碳規(guī)劃、低碳調(diào)度、低碳運行、低碳用電、低碳評估和低碳管理六個方面開展具體工作。其中低碳評估是核心，其結(jié)果可以作為有效實施低碳規(guī)劃及調(diào)控運行和用電的依據(jù)?！耙缘吞紴槟繕?biāo)的智能電網(wǎng)存在三大核心技術(shù)難題：實現(xiàn)碳排放流實時監(jiān)測、分析難度大；實現(xiàn)低碳優(yōu)化運行控制難度大；準(zhǔn)確、量化評估工程低碳效益難度大。“江西電科院相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹道。
為破解這些難題，由國網(wǎng)江西省電力公司牽頭，中國電力科學(xué)研究院、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、湖南大學(xué)共同參與，成立了專家團隊，共同攻克難題。
在工程實施中，項目人員提出了碳排放流的分析方法。原有的碳排放分析只能評價每發(fā)一度電的碳排放，無法體現(xiàn)每輸一度電和每用一度電的碳排放，以及哪個用戶用一度電產(chǎn)生的碳排放是多少，產(chǎn)生在哪個電廠。因此無法得到用戶用電中清潔能源的比例，配網(wǎng)和用戶也不知道自身用電什么時候比較低碳，在哪里用電比較低碳，怎么用電可以更低碳。這樣，就難以從電網(wǎng)和用戶的角度去辨識使電力系統(tǒng)更加低碳的設(shè)計與控制方法。若對主網(wǎng)實時的電能比例構(gòu)成知曉，對微網(wǎng)中電動汽車和儲能裝置進(jìn)行合理的控制，可有效增加微網(wǎng)清潔能源的消費比例，降低用電的碳成本。
該項目著眼整個共青先導(dǎo)區(qū)，根據(jù)碳排放流的評估，通過調(diào)整調(diào)度運行方式，優(yōu)化水/火電出力潮流分布，增加蒲塘變和楊星線等變電站及線路，提升新能源的接入與消納能力，促使柘林水電消納占比顯著提升，吉山風(fēng)電、隆世光伏、凱迪生物質(zhì)等并網(wǎng)新能源實現(xiàn)100%就地消納。
寧夏電網(wǎng)多環(huán)節(jié)互動促新能源消納
據(jù)測算，以多環(huán)節(jié)綜合互動為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程從2015年3月24日運行至2017年年底，將累計節(jié)約發(fā)電成本4362萬元，節(jié)約啟停成本1.5億元，產(chǎn)生經(jīng)濟效益7.31億元，累計創(chuàng)造的直接經(jīng)濟效益將達(dá)到9.29億元。
4月12日，寧夏電力調(diào)度控制中心當(dāng)值調(diào)度員黃偉兵通過新能源功率預(yù)測系統(tǒng)及系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測信息，預(yù)估出當(dāng)天12時～14時之間火電達(dá)到出力下限時，仍有236.3兆瓦時的新能源無法消納。此時，發(fā)輸調(diào)度互動系統(tǒng)立即啟動多環(huán)節(jié)互動計劃編制，并自動向3家直供大用戶下發(fā)互動需求信息。
3家直供大用戶根據(jù)收到的互動需求信息及自身用電實際，向發(fā)輸調(diào)度互動系統(tǒng)反饋可接受的3種用電模式及對應(yīng)的用電調(diào)整成本。發(fā)輸調(diào)度互動系統(tǒng)收集到大用戶互動意愿信息后，開始編制日前互動預(yù)調(diào)度計劃并開展安全校核，同時配電網(wǎng)層面互動啟動，并向互動用戶調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)互動需求信息。隨后，互動用戶調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)上次互動信息，向發(fā)輸調(diào)度互動系統(tǒng)申報了兩種互動意愿，同時向5家配電網(wǎng)用戶下發(fā)了申報指導(dǎo)信息。
最終，經(jīng)過發(fā)輸調(diào)度互動系統(tǒng)及互動用戶調(diào)度系統(tǒng)的反饋與協(xié)調(diào)，兩家直供大用戶及各配電網(wǎng)用戶，按照日前互動調(diào)度計劃進(jìn)行了互動。互動能力及效果評估系統(tǒng)根據(jù)實際互動效果，計算得出發(fā)輸環(huán)節(jié)棄風(fēng)光率、單位電量發(fā)電成本、線路負(fù)載率和峰谷差，配用環(huán)節(jié)舒適度、信用度、負(fù)荷率和效益系數(shù)等指標(biāo)。經(jīng)測算，當(dāng)天產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益31.7萬元。
近年來，寧夏風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，新能源裝機容量一直處于超常規(guī)增長狀態(tài)。截至今年3月底，寧夏新能源裝機達(dá)到1447萬千瓦，同比增長24.58%，占全網(wǎng)總裝機容量的41.23%。其中，風(fēng)電裝機942萬，同比增長14.53%，占全網(wǎng)總裝機26.83%。按照自治區(qū)能源電力發(fā)展規(guī)劃，到2020年自治區(qū)新能源裝機將達(dá)到2100萬千瓦，其中風(fēng)電達(dá)到1100萬千瓦，光伏達(dá)到1000萬千瓦。
“寧夏電網(wǎng)新能源裝機呈爆發(fā)式增長，要實現(xiàn)大規(guī)模、高比例并網(wǎng)，電網(wǎng)將面臨安全運行和調(diào)峰消納兩大難題?！眹W(wǎng)寧夏電力調(diào)度控制中心總工程師項麗表示。
近幾年，國網(wǎng)寧夏電力通過完善750千伏堅強主環(huán)網(wǎng)，開發(fā)新能源功率預(yù)測系統(tǒng)、新能源功率控制系統(tǒng)等方式，在電網(wǎng)運行中逐步緩解新能源并網(wǎng)及消納帶來的壓力，而調(diào)峰消納方面，目前在技術(shù)領(lǐng)域還面臨巨大挑戰(zhàn)。
2015年，基于成熟理論研究，國網(wǎng)寧夏電力牽頭開展了關(guān)鍵系統(tǒng)研發(fā)，設(shè)計出由發(fā)輸調(diào)度互動系統(tǒng)、互動用戶調(diào)度系統(tǒng)、互動能力及效果評估系統(tǒng)、互動數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)組成的互動運行管理平臺。該平臺與輸電網(wǎng)調(diào)度、配電網(wǎng)調(diào)度、電力負(fù)荷調(diào)度平臺互聯(lián)互通，全面實現(xiàn)了發(fā)輸配用一體化的綜合調(diào)度，并加快了示范工程的建設(shè)。
作為解決調(diào)峰問題和實現(xiàn)新能源最大限度消納的全新思路，國網(wǎng)寧夏電力依靠寧夏作為全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的重要支點，大力推進(jìn)多條特高壓電力外送通道建設(shè)及運行。同時，該公司也是智能電網(wǎng)綜合集成示范基地，具有新能源裝機比例高、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)緊湊規(guī)模適中等特點，具備發(fā)輸配用儲微全面互動的優(yōu)勢。為此，該公司展開以激發(fā)各種用戶潛力為手段的多環(huán)節(jié)互動措施的課題研究。
通過實踐，以多環(huán)節(jié)綜合互動為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程不僅建立了互動電網(wǎng)運行的新模式，而且首次在國內(nèi)以最小的成本實現(xiàn)常規(guī)電源、集中式新能源與分布式發(fā)電的互動，配電網(wǎng)運行與分布式電源和負(fù)荷的互動，以及配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)的互動。
上海崇明島當(dāng)“綠島”遇上智能電網(wǎng)
2016年，上海崇明島供電量16.05億千瓦時，綠色能源上網(wǎng)電量4.74億千瓦時，占全島供電量的29.53%。年節(jié)約標(biāo)煤21萬噸，減排二氧化碳66.8萬噸。
4月12日，崇明島上，風(fēng)力發(fā)電機徐徐轉(zhuǎn)動，光伏面板閃爍著藍(lán)光，經(jīng)由“全島—配網(wǎng)—需求側(cè)”的能量優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，綠色能源在“輸、配、用”三個層面貫通，使全島如同一顆熠熠生輝的綠寶石，鑲嵌在我國電網(wǎng)版圖上。
崇明島是我國第三大島，因與上海主體市域被長江隔阻，全島長期以來以第一產(chǎn)業(yè)為主，較好地保持了原生態(tài)風(fēng)貌。
從上世紀(jì)九十年代開始，上海逐步探索崇明島生態(tài)發(fā)展路徑。為了與“綠島”的定位匹配，上海市政府在《崇明生態(tài)島建設(shè)綱要（2010～2020）》中明確提出構(gòu)建綠色能源體系的建設(shè)目標(biāo)，增加外來電等清潔能源和加強可再生能源利用。
2011年，“崇明島建設(shè)智能電網(wǎng)綜合集成示范”項目研討會在滬召開。能與智能電網(wǎng)結(jié)緣，得益于崇明島獨特的地理位置和自然秉賦?！俺缑鲘u地理位置相對封閉、大小適中、電網(wǎng)相對獨立，島內(nèi)風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、潮汐能、地?zé)崮艿瓤稍偕Y源豐富，是高比例可再生能源智能電網(wǎng)綜合集成示范的理想場所?！痹诔缑鹘ㄔO(shè)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略構(gòu)想獲得了與會專家的肯定。
2013年，經(jīng)國家科技部批復(fù)，“以大規(guī)?？稍偕茉蠢脼樘卣鞯闹悄茈娋W(wǎng)綜合示范工程”成為“含高比例間歇式能源的區(qū)域型智能電網(wǎng)集成綜合示范”這一國家科技支撐計劃項目的4個課題之一，被批準(zhǔn)立項。“崇明島建設(shè)智能電網(wǎng)綜合集成示范”項目迎來它的“升級版”。
“以大規(guī)模可再生能源利用為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程”以支撐“智能國際生態(tài)島”建設(shè)為目標(biāo)，圍繞綠色能源的綜合利用為主線展開，共設(shè)置8個任務(wù)。
在輸電層面，接入4座風(fēng)電場總計203.5兆瓦風(fēng)電，并與400兆瓦燃?xì)鈾C組開展風(fēng)燃協(xié)調(diào)等效電廠示范，解決大規(guī)模風(fēng)電不確定性和波動性問題，實現(xiàn)全島能量平衡與優(yōu)化運行。在配電層面，接入9兆瓦生物質(zhì)能發(fā)電、1兆瓦光伏發(fā)電、19.5兆瓦風(fēng)力發(fā)電配置2兆瓦時鋰離子電池儲能，開展靈活調(diào)配分布發(fā)電和用戶的智能配電網(wǎng)示范及風(fēng)電場儲能接入示范，從網(wǎng)源規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和優(yōu)化控制三個方面平抑分布式能源快速波動，實現(xiàn)友好接入與優(yōu)化消納。在用電層面，開展環(huán)島電動汽車供能體系、1兆瓦時鈉硫儲能電站以及用戶互動示范，實現(xiàn)分布式能源就地消納。
整體項目尤其注重信息化功效，在信息層面建設(shè)了崇明智能電網(wǎng)統(tǒng)一信息平臺及全島綜合能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了“全島—配網(wǎng)—需求側(cè)”的能量優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。通過輸、配、用三個層面的縱向互動，實現(xiàn)全島可再生能源的友好接入、分層分區(qū)消納和高效環(huán)保利用。
“以大規(guī)?？稍偕茉蠢脼樘卣鞯闹悄茈娋W(wǎng)綜合示范工程”在關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、支撐體系和綜合示范四個方面實現(xiàn)了多項技術(shù)創(chuàng)新，提供了大型海島綠色能源建設(shè)的實踐案例，解決海島大規(guī)?？稍偕茉吹钠椒€(wěn)外送問題，對我國其它地區(qū)的可再生能源接入工程有重要參考價值。未來，隨著崇明島綠色能源比例的進(jìn)一步增大，國網(wǎng)上海電力將進(jìn)一步深化研究成果應(yīng)用，打造區(qū)域綠色能源互聯(lián)網(wǎng)，支撐崇明世界級生態(tài)島建設(shè)。
