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提高电网大范围资源优化配置和互济能力 助力能源安全新战略实施

北极星输配电网  来源:中国能源报  作者:王旭辉  2020/10/21 8:33:33  我要投稿  

北极星输配电网讯:近日,美国加州由于极端高温天气等原因导致的电力危机再度引发各方对电网安全的关注。加州电力供应紧张期间,邻近州不但没有组织向加州进行有效的电力支援,反而降低了与加州的联络线输送功率,充分暴露了美国电网大范围应急互济能力及资源配置能力的不足。相比之下,我国已建成全球电压等级最高、电网规模最大、配置能力最强、安全运行时间最长的特大型交直流混合电网,为服务我国能源生产与消费革命、助力能源安全新战略落地实施提供了坚强保障。

大电网是我国实现能源资源

全国优化配置的必然选择

资源禀赋差异决定了我国应形成“构建大电网、融入大市场”的发展格局。众所周知,我国能源资源与生产力逆向分布,80%以上的煤炭、水能、风能和太阳能资源分布在西部和北部地区,70%以上的电力消费集中在东中部地区,能源基地距离负荷中心1000-4000公里。这样的资源与需求分布格局,客观上需要在全国范围内自西向东、自北向南大规模、远距离调配能源。

目前我国跨省区输电主要采用特高压输电技术,具有大容量、远距离、低损耗、占地少等特点,是实现能源资源大范围优化配置的最佳技术选择。另外,电网属于网络型产业,大电网有利于提高生产效率,符合经济规律。因此,建设全国互联电网,推动能源资源在全国范围优化配置,成为我国提高能源利用效率的必然选择。

相比之下,美国长期以来采用局部联网、就地平衡的发展方式,无法实现在全国范围内进行资源优化配置。此次美国加州邻近各州因同在高温区,自身电力供应紧张,因此不仅没有组织向加州进行有效的电力支援,反而降低了与加州的联络线输送功率,对加州的输送电力仅为当日最大输送电力43%和52%;而相对较远的非高温区本身与加州联络较弱,最大输送电力仅为高温区内的39%,即使自身电力富裕也“爱莫能助”。

大电网优化配置资源优势

推动我国能源生产与消费革命

据统计,“十二五”以来,我国可再生能源持续保持高速增长,光伏更是经历了并网装机规模5年增长200倍的高速发展期。可再生能源高速发展的同时,本地消纳能力不足导致西部、北部局部地区弃风、弃光、弃水问题严重。通过加快可再生能源送出通道建设、强化清洁能源全网统一调度、建立跨区域旋转备用共享机制等措施,实现清洁能源全国优化配置,有力支撑了我国西南水电基地、“三北”新能源基地开发和高效利用。

据统计,2019年国家电网有限公司跨区跨省输送电量7679亿千瓦时,其中清洁能源占比由2010年的23%提高到2019年的33%;支撑国网经营区清洁能源装机超过6亿千瓦,占比由2010年的23%提高到2019年的39%。同时,新能源利用率持续提高,2019年达96.8%,圆满完成国家清洁能源消纳三年行动计划年度控制目标。

统筹大电网与分布式电源协调发展

以更经济的方式满足东中部电力需求

中国工程院院士杜祥琬多次呼吁要重视以分布式发电与集中式发电相结合的方式发掘电力潜能,他强调:“分布式电源发展仍处于初级阶段,需要我们做好充分的思想和技术准备来应对比较高比例、大规模的分布式电源发展,并且考虑集中式电网如何与此相适应。”因此,要协同推进电网与分布式电源有序发展,将分布式电源作为大机组、大电网的有益补充,共同为东中部地区经济社会发展提供优质且经济的电力保障。

分布式电源具有清洁、就地平衡、效率高等优势,在多重因素推动下快速发展,尤其是近几年,我国东中部地区分布式光伏呈现爆发式增长。2019年国网经营区分布式光伏并网规模约5700万千瓦,同比增加约1200万千瓦,其中,东中部分布式光伏容量4952万千瓦,占该公司经营区的85.8%。未来,东中部仍将是我国电力负荷中心,保障其电力供应要统筹分布式电源发展与系统平衡调节能力,大电网则有利于在更大范围调动多方灵活调节资源,满足大规模分布式电源并网需求。

大电网互济能力保障

我国电气化进程有序推进

随着技术发展,居民、商业、建筑、交通等领域电气化进程逐渐加快,各类新型负荷接入电网比重也越来越高,对电网的安全稳定运行提出了更高要求。通过提高电网大范围配置及互济能力,保持电网的统一性,确保电力系统安全运转,有效支撑了我国北方“煤改电”、长江流域港口岸电全覆盖、电动汽车充换电设施和车联网平台建设等重大工程,在助力我国电气化进程有序推进的同时,促进我国能源消费转型升级。预计到2050年,我国电能占终端能源消费比重将超过50%。

一方面,通过将西部、北部清洁可再生能源输送到东中部,有效推动负荷中心用能成本降低。2019年迎峰度夏期间,复奉、锦苏、宾金三条特高压直流满功率运行,将西南清洁水电送往华东,输送电力达2160万千瓦,送电超过1000亿千瓦时,初步测算,每年可节省用能成本近百亿元。另一方面,促进西部资源优势转化为经济优势。2019年,西北五省(区)全年累计外送可再生能源696亿千瓦时,占全年发电量的23%,增加税收28亿元,提供就业岗位超过4.2万个。新能源正成为西部北部地区重要的战略性新兴产业,结合数字经济发展热潮,“互联网+新能源”、新能源大数据等新业态正引领当地能源产业转型升级。

坚持技术创新与大电网统一调度

确保我国电网安全稳定运行

合理的电源结构和电网结构是电网安全稳定的基础,亦是大电网应对极端情况、凸显“安全韧性”的根本。为此,多位院士专家呼吁大电网要不断增强极端灾害的抵御能力。

其中,中国工程院院士范维澄提出电网“安全韧性”概念,强调要“提升电网在面对各类自然灾害甚至是恐怖袭击、局部战争时的抵御能力,增强‘安全韧性’”;中国工程院院士干勇指出,电网规模越大,越要提高应变能力,对可能发生的人为攻击、自然灾害带来的破坏做好风险防范和紧急预案;中国工程院院士邱爱慈判断,过去强调的“三道防线”主要解决系统内部稳定性和安全问题,并没有考虑外界极端条件下的威胁,包括网络攻击、自然灾害,在这样的情况下,电网应急能力和快速恢复能力还需要被充分考虑。

近年来,随着我国新能源快速发展,网源建设不同步、系统调峰能力不足等系统结构性问题凸显;而高比例新能源并网带来的电网电力电子化、空心化问题也直接威胁系统安全稳定运行。同时,新能源自身电力保障能力弱,负荷高峰期间不能有效保障供应,成为导致近期国外几次电力危机的主要原因,这些都对电力系统整体结构优化提出更高要求。

对此,业界人士建议,坚持技术创新引领,突破并完善一批关键技术。为推进电力系统结构协同优化,需在源、网、荷各环节加快突破一批核心技术。

在电源侧,重在提升新能源并网性能和发电成本的市场竞争力,需不断完善新能源发电功率预测、虚拟同步机等电网友好型新能源发电核心技术;在电网侧,重在进一步提升电网资源配置能力、平衡调节能力和安全稳定控制能力,需加快突破高电压等级柔性输电、直流电网及大容量海底电缆、超导输电等先进输电和新一代智能电网技术;在负荷侧,重在持续提高终端电能利用效率,需加快突破大容量高效率长寿命储能技术、综合能源利用技术及多元智能用电技术等。中国工程院院士韩英铎曾指出:“规模储能特别是电力储能技术发展对电网及时平衡、负荷侧削峰填谷会带来很大影响。”

同时,坚持大电网统一调度,用中国方案解决中国问题。安全可持续的电网是资源优化配置的前提、电力市场高效运转的基础。电力系统的特殊性在于发、输、配、用实时平衡,任何一个环节出现问题都会导致系统性安全。因此,应尽可能将安全责任内生化,如果安全主体过多,不仅会导致较高的沟通协调成本,也可能导致“各扫门前雪”,出现“个体最优”但却不是“系统最优”。事实证明,我国电网长期实行“统一调度、分级管理”的调度机制,确保了电力生产各环节指令统一、步调一致,提高了电力系统抵御重大风险的能力。

编后

在过去20年中,我国是世界上唯一一个没有发生大面积停电事故的国家,坚强的网架基础和统一调度机制为我国特大型电网安全稳定运行提供了最根本的制度保证。相较而言,美国的电网产权分散在超过500家公司与组织,电力运营商缺乏“全网一盘棋”意识,过分追求局部经济利益,增加了电力系统协同高效运转难度,削弱了电网统一科学调度应对电力危机的能力。事实上,不仅是美国,近年来印度、委内瑞拉、阿根廷、英国等国家和地区陆续发生大停电,均与电网管理调度过于分散有关。

当前,电气化已成为全球能源转型的重要趋势,电网作为最重要的电力配置平台,安全稳定运行不仅关系电力供应保障,而且直接关系到经济发展和社会稳定。因此,充分发挥我国大电网资源优化配置能力和互济能力,坚定走具有中国特色的中国能源解决之道,才能确保我国能源安全新战略行稳致远。


原标题:大电网——中国特色的能源解决之道(“新基建”)

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