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可再生能源富集区域新型电力系统建设与引领

来源:南方电网报 时间:2021-09-18 14:26

  云南是我国重要的绿色能源基地,除煤炭资源外,还具有丰富的水能、太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生资源,开发条件优越,开发前景良好。在国内,云南东与贵州、广西为邻,北与四川相连,西北紧依西藏,为“藏电入滇”和西电东送提供了坚实的基础条件;在国外,云南与东南亚地区互联互通,是重要的能源枢纽。得天独厚的资源条件使得云南具备了建设新型电力系统的优越条件,成了新型电力系统建设发展的重心和焦点。

  云南电力系统的主要特征

  丰实的清洁能源资源。截至2020年底,云南省发电装机容量为10340.28万千瓦,其中,可再生能源占比85.39%,是名副其实的绿色能源发电大省。云南资源禀赋,水电资源全国第二,同时太阳能资源丰富,该省多数地区年平均日照时数为2100—2300小时。近年来,云南风电利用小时数稳居全国各省首位,风能资源总储量达1.23亿千瓦。省内生物质能产业初具规模,可形成年产100万吨燃料乙醇、27万吨生物柴油的生产能力。此外,云南地热能丰富,具有很大的发电潜力。

  最复杂的网架结构。云南电网是国内首个省级异步联网的送端大系统,含有10条特高压直流线路,内部多种电压等级交互,整体呈现“省内交直流并联运行、国内多回直流远距离大容量输电、国际多个方向送受电”的网架特点,是目前世界上技术最先进、特性最复杂、电力最绿色的送端大电网之一,同时随着“藏电入滇”以及外送通道的扩增,云南电网结构会更加复杂。

  电力供应面向三个市场。云南电网供应了省内、省外、国外三个电力市场。2020年,云南全社会用电量达到2025.13亿千瓦时,同比增长11.76%,达到近8年来最好水平。全年西电东送电量1457.9亿千瓦时,同比增长0.43%。全年境外送电量25.7亿千瓦时,同比增长0.7%。云南的绿色清洁能源通过西电东送和境外供电,有效助力“双碳”目标实现。

  云南建设新型电力系统面临的挑战

  清洁能源占比高。目前云南清洁能源占比在85%以上,未来的占比会进一步提升。由于风电和光伏具有间歇性、波动性和不确定性,同时水电方面也面临枯期发电不足的问题,因此这种可控性弱的电源给系统的平稳、安全运行带来了极大挑战。

  含大规模新能源的异步电网转动惯量低。相比于同步运行具有强有力的支撑(全网各处的频率均相同),云南省电网采用异步运行方式,尤其大规模新能源接入电网后,系统的转动惯量会进一步降低,频率会出现大幅波动甚至引起频率失稳,使得电网的安全稳定面临巨大的挑战。

  西电东送占比高。2020年云南西电东送电量接近省内用电总量的50%,随着新型电力系统的发展建设,送电规模将会逐年攀升,如何保障大规模绿色能源高效可靠外送是一大挑战,同时如何保障云南自身快速发展的用电需求也面临挑战。

  单一大负荷占比高。云南的水电硅、水电铝等产业占有较大的比重,单个的铝厂、硅厂负荷一般都在兆瓦级别以上,对供电的可靠性要求极高,作为高耗能负荷除了增加了电力系统的无功需求外,还会给电网带来谐波、电压等问题。

  单一元件故障导致的事故风险等级高。云南电网结构复杂,传输距离远,电力设备元件数量庞大,某一元件的故障会由于控制措施不当或不及时、结构不合理、继电保护装置误动或拒动等多种原因的综合作用引发连锁性故障,造成事故风险等级高等重大挑战。

  电力电子设备占比高。风电、光伏以及分布式负荷的规模化接入,使得电网的电力电子化程度变高,一方面降低了系统的转动惯量,另一方面将对电能质量带来不良影响。同时电力电子化系统的特性与传统电网差异大,可以形成双向潮流,经典保护控制方法不再适用。如何确保新型电力系统的安全、稳定、高效运行,面临巨大的挑战。

  自然灾害频发。云南有“无灾不成年”之说,地震、雷击、冰雹、霜冻以及野生动物的活动等都会给电力设备造成严重的破坏,并且云南的特殊极端地理环境条件给设备运维带来了极大的不便。

  云南建设新型电力系统的着力点

  云南电网公司应牢抓重要战略机遇,充分借助资源和区位优势,着力突破关键技术,引领新型电力系统建设。

  合理的规划布局。坚持风、光、水等绿色清洁能源的持续高效开发利用,推进多类型清洁能源的协调优化发展,建设绿色经济省区,推进打造世界一流“绿色能源牌”,通过在云南先行先试,建设实施一批新型电力系统建设示范工程,助力全国新型电力系统的建设发展工作和国家“双碳”目标。

  主动的支撑能力。随着大量新能源的规模化接入,电网中各类电源的可控性和可调节能力急速下降,需要探索新的技术和策略为电网的稳定运行提供主动支撑能力。在新能源调节技术以及配置储能等方面的基础上,探索需求侧响应的控制技术和控制策略,对于电网的主动支撑具有重要的意义。

  灵活的调控资源。储能与电源、电网、负荷并列,成为新型电力系统不可或缺的第四要素。遍布“源、网、荷”的各式各类储能设备和储能系统创造了电力电量平衡的新模式,同时如电动汽车、分布式电源等灵活资源在电网的电压、频率以及应急方面都可以发挥出有效的控制调节作用,通过市场化的运行机制可以推动各类灵活资源的积极参与。

  电网的平稳运行。针对云南复杂的电网结构、极端的运行环境以及多类型电源,探索“源—网—荷—储”高效协同的运行控制技术,充分发挥各类灵活资源的积极调节能力。以数据为驱动,打通电网相关各方的感知、分析、决策、业务等各环节,实现故障的快速感知、保护控制以及运维检修,确保系统的平稳运行。

  电网的安全保障。通过加强系统的灵活调节能力、提升需求侧响应能力,加快电网升级和改造,依托现代化通信技术、大数据分析以及人工智能等技术实现传统物理电力系统的数字化、智能化、互联网化,使电网具备超强感知能力、明智决策能力和快速执行能力,以保障电网的安全。

  可靠的电力供应。确保三个市场的电力可靠供应,进一步做好西电东送主力军和“一带一路”桥头堡,坚持以清洁能源为中心,以电力为主,因地制宜开发太阳能、风能、生物质能和地热能,既保障省内用能需求,又实现西电东送和云电外送,快步推进云南新型电力系统的发展建设,满足人民对于美好生活的向往。

  (作者翟苏巍 李文云 单位:云南电网公司)

责任编辑:于彤彤  投稿邮箱:网上投稿