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电力改革
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“以新能源为主体的新型电力系统”:技术路径
发布时间:2021/3/22  浏览次数:758

2021315日,习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上部署未来能源领域重点工作:要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。

科技创新是构建清洁低碳安全高效的能源体系、构建新型电力系统的科学道路和必然选择。

当前,科技革命和产业变革日新月异,能源互联网、数字能源、电力物联网等领域向纵深发展。以可再生能源发电、分布式电源、微电网、储能、电动汽车为代表的能源生产消费技术正在加速传统电力行业向新能源电力系统演变;以大数据、云平台、物联网、移动通讯、人工智能、区块链等为代表的数字互联网技术正在推动全球工业经济向数字经济演变;以电力电子、智能传感、超导及石墨烯材料为代表的装备制造技术层出不穷。因此,随着各种新型技术和开发利用方式的不断涌现,新能源电力系统装备技术面临着不断创新突破的可能和重大需求。

为构建具备“高比例新能源广泛接入、高弹性电网灵活可靠配置资源、高度电气化的负荷多元互动、基础设施多网融合数字赋能”特征的新型电力系统,应建立多学科融合下的多维立体化的科学技术体系。

(一)智能发电环节。主要方向是围绕高比例新能源接入,构建合理的调峰电源体系。新能源机组应具备智能灵活、友好并网、高效环保的特点,调峰电源具备灵活机动、深度调峰、快速启停能力。

风电:发展大叶轮、高效率、电网友好型风机;研究具备抗扰性、自适应并网与主动支撑功能的并网变流器技术及应用;发展海上风电技术;发展低速风电与高空风电,集中式与分散式风电并举,使得不同地理环境的风能资源都得到了利用;陆上风电与海上风电进入智能化运维阶段。

光伏与光热:推广普及高效电池技术和工艺,提高晶硅电池效率;研制具备抗扰性、自适应并网与主动支撑功能的并网变流器技术及应用;发展储热介质技术,逐步推进太阳能热发电向高效率、低成本、高可靠性发展。

水电及抽水蓄能:提升水泵水轮机水力稳定性和鱼友型水轮机;发展超高水头、超低水头水轮机设计理论和水电设备监测与智能诊断技术;对现有水电站增加抽水蓄能功能。

调峰电源。构建灵活性火电、抽水蓄能、天然气调峰电站、储氢调峰电站、储能电站、虚拟电厂等调峰电源体系;提升调峰机组的灵活性、深度调峰、快速启停能力;结合储能提升新能源机组的可调度性和调峰机组的功率调节速率。

碳捕获与封存或使用技术。

碳中性燃料技术。利用清洁能源生产碳中性气体和液体燃料,包括氢、氨和烃类载体等。可以长期储存电力和运输燃料,也可用于发电,尤其是调峰电厂。

更长远的还有微型反应堆和核聚变技术。

(二)智能电网环节。主要方向是建设高弹性电网,充分发挥电网大范围资源配置的能力,包括:构建交直流远距离输电、区域互联、主网与微网互动的形态;不断完善新三道防线,建立全网协同、数据驱动、主动防御、智能决策的新一代调度体系。

特高压输电。开展卡脖子装备的国产化研究进程;掌握特殊环境下特高压技术,推动全国不同气候、环境条件的地区的电网广泛互联;开展先进传感、无人机与人工智能对特高压线路与装备的智能运维、故障诊断研究,提高运行可靠性与效率。

柔性直流输电。开展使用架空线的柔性直流输电工程应用技术实践;开展直流限流器、直流潮流控制器等新型装备技术研究与应用;完成海上平台的紧凑化换流阀研究与应用;开展基于宽禁带器件/电力专用硅基器件的柔性直流关键设备研制与应用。

灵活交流输电。开展超大容量兼备潮流控制与短路电流限制的功能复合型装备研究与应用;开展动态增容线路技术、基于超导或碳纤维新材料的输电技术研究和应用;基于宽禁带器件/电力专用硅基器件的FACTs新型装备研究与应用。

交直流配电网。微电网/微能源网成为未来终端能源供应的重要形态,不仅可以实现自洽自治,提高供电可靠性,而且能够对主网提供支撑;构建“源---储”相协调的区域性分布式发电群控群调系统;完成基于电力物联网的配电自动化系统建设;开展能源(电力)路由器、故障自愈拓扑重构的电力电子软开关等新型装备研究与应用。

智能调度。近期丰富“三道防线”,结合电力电子、智能传感、5G/光纤通信与人工智能技术,实现快速可靠的继电保护、精准稳控装置和网荷互动微网支撑的失步解列措施。中长期构建新一代全网协同、数据驱动、智能决策、主动防御的智能调度体系。建设超大规模全电磁暂态仿真系统;开展人工智能等先进算法的深化研究与应用;开展基于物联网与5G的电网控制保护及调度运行的关键装备研制与应用。

(三)智能用电环节。主要方向是实现高度电气化负荷多元互动,并且挖掘用户侧潜力,通过互联网聚合下的用户互动与需求响应,提升系统效率。

综合能源供应。工业园区与公共建筑成为开展综合能源服务的重点对象;微电网与分布式电源取得长足进展,成为综合能源供应的重要支撑。

节能绿色建筑。光伏建筑一体化、可再生能源建筑及(近)零能耗建筑普遍推广;建筑的终端能源消费中,电能占比逐步提高。

终端能源生产者与消费者结合紧密。需求响应激励政策清晰,虚拟电厂商业模式成立,而且用户侧储能与分布式光伏的普及促进虚拟电厂的技术进步。

车网融合。电动汽车及氢能源汽车全面替代传统能源汽车,交通领域形态发生根本性变化,具备显著的清洁化、互动化、智能化特征。能源互联网车桩网互动模式普及。

电能质量。开展储能型、综合型电能质量装置研究及应用,有效解决大规模联网、复杂电网形式、大功率非线性负荷等对电网提出的新问题和挑战。

(四)储能。发展抽水蓄能、压缩空气储能、储氢、储热等跨季的长时间尺度储能技术;发展电池储能、飞轮储能、小型空气储能等短时间尺度储能技术;发展固态电池、锂硫电池、金属空气等新体系电池技术;发展储能在大规模新能源基地和微电网及用户侧的广泛应用;促进长寿命、低成本、高可靠性各类储能成为我国能源系统的重要调节手段。

(五)电力数字化。建设能源互联网数字化技术体系,持续进行能源数字新基建,奠定数字化基础。重点加强“卡脖子”高端芯片、智能传感、边缘计算、区块链和人工智能算法等关键核心技术攻关。开展国产化芯片以及智能传感器研制及大规模上线,全面覆盖能源应用各个场景,实现终端泛在接入;开展量子通信研究与应用,基于光纤、5G与北斗卫星等建设“空天地海”一体化通信网,实现能源场景全覆盖与网络快速传输;打通行业数据壁垒,深度实现云端智能管控;构建以全息感知的数据基础、开放共享的知识体系、融合创新的智慧应用为特征的能源人工智能架构,实现共享高效利用;研发自主可控的国产化行业操作系统。

(来源:清华能源互联网研究院)