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可再生能源富集區域新型電力系統建設與引領

來源:南方電網報 時間:2021-09-18 14:26

  雲南是我國重要的綠色能源基地,除煤炭資源外,還具有豐富的水能、太陽能、風能、地熱能、生物質能等可再生資源,開發條件優越,開發前景良好。在國內,雲南東與貴州、廣西為鄰,北與四川相連,西北緊依西藏,為“藏電入滇”和西電東送提供了堅實的基礎條件;在國外,雲南與東南亞地區互聯互通,是重要的能源樞紐。得天獨厚的資源條件使得雲南具備了建設新型電力系統的優越條件,成了新型電力系統建設發展的重心和焦點。

  雲南電力系統的主要特徵

  豐實的清潔能源資源。截至2020年底,雲南省發電裝機容量為10340.28萬千瓦,其中,可再生能源佔比85.39%,是名副其實的綠色能源發電大省。雲南資源稟賦,水電資源全國第二,同時太陽能資源豐富,該省多數地區年平均日照時數為2100—2300小時。近年來,雲南風電利用小時數穩居全國各省首位,風能資源總儲量達1.23億千瓦。省內生物質能產業初具規模,可形成年產100萬噸燃料乙醇、27萬噸生物柴油的生產能力。此外,雲南地熱能豐富,具有很大的發電潛力。

  最複雜的網架結構。雲南電網是國內首個省級異步聯網的送端大系統,含有10條特高壓直流線路,內部多種電壓等級交互,整體呈現“省內交直流並聯運行、國內多回直流遠距離大容量輸電、國際多個方向送受電”的網架特點,是目前世界上技術最先進、特性最複雜、電力最綠色的送端大電網之一,同時隨着“藏電入滇”以及外送通道的擴增,雲南電網結構會更加複雜。

  電力供應面向三個市場。雲南電網供應了省內、省外、國外三個電力市場。2020年,雲南全社會用電量達到2025.13億千瓦時,同比增長11.76%,達到近8年來最好水平。全年西電東送電量1457.9億千瓦時,同比增長0.43%。全年境外送電量25.7億千瓦時,同比增長0.7%。雲南的綠色清潔能源通過西電東送和境外供電,有效助力“雙碳”目標實現。

  雲南建設新型電力系統面臨的挑戰

  清潔能源佔比高。目前雲南清潔能源佔比在85%以上,未來的佔比會進一步提升。由於風電和光伏具有間歇性、波動性和不確定性,同時水電方面也面臨枯期發電不足的問題,因此這種可控性弱的電源給系統的平穩、安全運行帶來了極大挑戰。

  含大規模新能源的異步電網轉動慣量低。相比於同步運行具有強有力的支撐(全網各處的頻率均相同),雲南省電網採用異步運行方式,尤其大規模新能源接入電網後,系統的轉動慣量會進一步降低,頻率會出現大幅波動甚至引起頻率失穩,使得電網的安全穩定面臨巨大的挑戰。

  西電東送佔比高。2020年雲南西電東送電量接近省內用電總量的50%,隨着新型電力系統的發展建設,送電規模將會逐年攀升,如何保障大規模綠色能源高效可靠外送是一大挑戰,同時如何保障雲南自身快速發展的用電需求也面臨挑戰。

  單一大負荷佔比高。雲南的水電硅、水電鋁等產業佔有較大的比重,單個的鋁廠、硅廠負荷一般都在兆瓦級別以上,對供電的可靠性要求極高,作為高耗能負荷除了增加了電力系統的無功需求外,還會給電網帶來諧波、電壓等問題。

  單一元件故障導致的事故風險等級高。雲南電網結構複雜,傳輸距離遠,電力設備元件數量龐大,某一元件的故障會由於控制措施不當或不及時、結構不合理、繼電保護裝置誤動或拒動等多種原因的綜合作用引發連鎖性故障,造成事故風險等級高等重大挑戰。

  電力電子設備佔比高。風電、光伏以及分佈式負荷的規模化接入,使得電網的電力電子化程度變高,一方面降低了系統的轉動慣量,另一方面將對電能質量帶來不良影響。同時電力電子化系統的特性與傳統電網差異大,可以形成雙向潮流,經典保護控制方法不再適用。如何確保新型電力系統的安全、穩定、高效運行,面臨巨大的挑戰。

  自然災害頻發。雲南有“無災不成年”之説,地震、雷擊、冰雹、霜凍以及野生動物的活動等都會給電力設備造成嚴重的破壞,並且雲南的特殊極端地理環境條件給設備運維帶來了極大的不便。

  雲南建設新型電力系統的着力點

  雲南電網公司應牢抓重要戰略機遇,充分藉助資源和區位優勢,着力突破關鍵技術,引領新型電力系統建設。

  合理的規劃佈局。堅持風、光、水等綠色清潔能源的持續高效開發利用,推進多類型清潔能源的協調優化發展,建設綠色經濟省區,推進打造世界一流“綠色能源牌”,通過在雲南先行先試,建設實施一批新型電力系統建設示範工程,助力全國新型電力系統的建設發展工作和國家“雙碳”目標。

  主動的支撐能力。隨着大量新能源的規模化接入,電網中各類電源的可控性和可調節能力急速下降,需要探索新的技術和策略為電網的穩定運行提供主動支撐能力。在新能源調節技術以及配置儲能等方面的基礎上,探索需求側響應的控制技術和控制策略,對於電網的主動支撐具有重要的意義。

  靈活的調控資源。儲能與電源、電網、負荷並列,成為新型電力系統不可或缺的第四要素。遍佈“源、網、荷”的各式各類儲能設備和儲能系統創造了電力電量平衡的新模式,同時如電動汽車、分佈式電源等靈活資源在電網的電壓、頻率以及應急方面都可以發揮出有效的控制調節作用,通過市場化的運行機制可以推動各類靈活資源的積極參與。

  電網的平穩運行。針對雲南複雜的電網結構、極端的運行環境以及多類型電源,探索“源—網—荷—儲”高效協同的運行控制技術,充分發揮各類靈活資源的積極調節能力。以數據為驅動,打通電網相關各方的感知、分析、決策、業務等各環節,實現故障的快速感知、保護控制以及運維檢修,確保系統的平穩運行。

  電網的安全保障。通過加強系統的靈活調節能力、提升需求側響應能力,加快電網升級和改造,依託現代化通信技術、大數據分析以及人工智能等技術實現傳統物理電力系統的數字化、智能化、互聯網化,使電網具備超強感知能力、明智決策能力和快速執行能力,以保障電網的安全。

  可靠的電力供應。確保三個市場的電力可靠供應,進一步做好西電東送主力軍和“一帶一路”橋頭堡,堅持以清潔能源為中心,以電力為主,因地制宜開發太陽能、風能、生物質能和地熱能,既保障省內用能需求,又實現西電東送和雲電外送,快步推進雲南新型電力系統的發展建設,滿足人民對於美好生活的嚮往。

  (作者翟蘇巍 李文雲 單位:雲南電網公司)

責任編輯:於彤彤  投稿郵箱:網上投稿