以新能源為主體的新型電力系統關鍵技術和裝備

文/李春來

0引言

在我國經濟迅猛發展的背景下，工業水平有了顯著進步，而這也加劇了能源的消耗。長期以來，我國一直以化石能源為主要消耗品，碳排放量大幅提升，致使氣候問題越來越嚴峻。而在我國電力系統動態發展的過程中，先進的技術與設備使我國新能源技術的使用越來越深入，實現了電力系統的進一步優化，既滿足了人們生活、生產的需要，也契合了電氣化時代的發展趨勢。通過對光伏發電、風電、水電等新能源的開發，能夠進一步拓展我國的能源渠道。但先進技術的發展也對設備的應用提出了更高的要求，構建新能源為主體的新型電力系統也成了當前關鍵的挑戰，但卻是一條可持續發展的道路，所以應該開展深入的研究。

1以新能源為主體的新型電力系統構建背景

在我國明確“雙碳”目標后，新能源的應用成了必然趨勢，而造成這一趨勢的原因主要有以下3個方面，一是化石能源的大量消耗，不可再生的化石能源儲備逐漸減少，二是化石能源大量消耗導致的環境問題愈發嚴峻，三是能源安全問題的重視程度不斷增加。一直以來，化石能源的消耗量都較高，包括石油、煤炭等，而能源的消耗過程加劇了環境的負荷，導致環境污染問題較為嚴重，而電力系統對能源的消耗占比為整個能源行業的百分之四十，由此可見，以新能源為主的新型電力系統構建十分迫切。

新型電力系統的構建能夠挑起環境保護的大梁，通過大規模利用新能源，不僅能夠提高能源利用率，還能顯著降低污染排放量，所以是可持續發展戰略中不可或缺的一環。借助新能源的有效應用，也能降低我國對石油的依賴性，減輕對外的能源依存度，進而保障我國的能源供應底氣。因此，新型電力系統在緩解環境矛盾、優化能源配置、提高能源安全等方面有著顯著價值，有利于我國達成“碳中和”的目標，是提高國家核心競爭力的有效舉措，必須加強技術應用，積極解決新型電力系統構建中存在的問題，進而發揮新能源的優勢。

2以新能源為主體的新型電力系統特點

目前，我國經濟正處于提質增效的重要轉型時期，已經取得了良好的發展成果，而電力行業也要順應社會經濟的發展趨勢，落實可持續發展戰略，進而促進綠色環保型社會的構建。

2.1 加快電氣化進程，提高發展質量

電能已經成為人們生活、生產中不可缺少的能源，電氣化時代更是由來已久，而電能替代的方式進一步提高了電氣化水平，使各個領域都朝著電氣化的趨勢發展。例如交通領域，鐵路列車的電氣化程度不斷提高，電氣化里程也不斷增加，混動汽車與純電汽車也得到了全面普及。由此可見，產電量的增加對社會經濟結構的轉型起到了較強的促進作用。居民的生活用電和社會用電都有了明顯的提高，新常態的用電量體現了社會的良好發展趨勢，各方面的發展都彰顯了電氣化進程的加快。

2.2 促進電力系統轉型，落實綠色發展理念

在“雙碳”目標的指引下，電力系統的建設投資向新能源傾斜，化石資源的占比不斷下降。從發電裝機層面來看，煤電裝機容量下降到了一半以下，煤電裝機容量控制在了十一億千瓦以內，滿足了規劃的目標。新能源發電量緩步上升，并且相較于同期的煤電發電量而言增速更快，由此可見，新能源電力系統的建設可行性較大。從清潔能源消納層面來看，消納程度顯著提升，棄水電量也明顯減少。從經濟指標的層面來看，電力系統的電力水平不斷提升，技術層面不斷優化，不僅很好地滿足了電力供應，而且實現了電力的節能減排，是綠色發展理念的有效落實。

2.3加強農村改造，實施鄉村振興

就我國的脫貧攻堅戰略而言，農村電網的改造是重中之重，也在電網改造方面投入了大量的資金。農村用電情況是鄉村振興的基礎，通過在農村興建新能源為主體的電力系統，能夠最大限度地開發鄉村資源，同時也有利于提高電網覆蓋率，加強鄉村供電的穩定性，進而解決貧困地區的用電難題，為鄉村發展提供有力支持。

3新型電力系統的關鍵技術與裝備

“雙碳”目標的實現是一個持續性的過程，而以新能源為主體的新型電力系統構建亦是如此，還需要持續性的完善，加強技術的創新和裝備的完善，才能從技術的層面打破建設瓶頸，提高新能源的利用率。以新能源為主體的新型電力系統是可持續發展戰略的有力抓手，有著能源可再生、電網調節能力強等特點，所以，在電力系統中大規模引入可再生能源，降低了不可再生能源的消耗量。就目前來看，新能源調峰調頻技術的應用促使新能源占比在15%～50%之間，新能源不僅綠色無污染，投入成本也遠低于化石能源，所以，新能源與電力系統的有機結合，勢必會推動新型電力系統朝向穩定化、智能化、節能化、高效化發展。

3.1 源網荷儲雙向互動技術

就源網荷儲雙向互動技術而言，應加強數字化技術的應用，實現數字化賦能，進而實現從“源隨荷動”轉向為“源荷互動”，實現源網荷儲等方面的資源互動。在源、網、荷、儲各個環節中，電力電子變換器利用虛擬慣性控制的方式，能夠進一步優化電網慣量支撐，滿足了新型電力系統的穩定性需求。同時，繼電保護技術有效縮小了電力系統事故的影響范圍，是維護系統穩定運行的又一道防線。進一步減少同步電源，可減少新型電力系統的短路電流，故障電勢也隨之改變，將新型繼電保護裝置與數字化技術有機結合，是保障新能源電力系統穩定運行的關鍵，還需深入探索。

3.2虛擬同步發動機技術

就虛擬同步發動機技術而言，虛擬同步發動機技術能夠完成儲能的作用，進而提高新能源在電力井網中的適用性，發揮著至關重要的作用。在新能源井網中加入儲能或運行的實時限功率狀態，即可優化控制方式，進而保障調頻、調壓等方面的需求，使新能源井網與電力系統更加契合。

3.3 長周期儲能技術

新能源電力技術的優勢在于無需借助化石能源的消耗，只需將光能、風能、水能等新能源轉化為電能即可，但劣勢在于新能源發電的可控性較低，因此就需要借助長周期儲能技術，將其與大型風力發電和光能發電相組合，即可實現新能源的穩定發電，并且形成基礎負載發電廠，對降低碳排放和后期的零碳電力系統建設有著較強的推動作用。借助長周期儲能技術應對新型電力系統隨機性、間歇性的發電方式，進而實現新能源的消納。儲能系統在儲蓄新能源電力的基礎上，兼具平滑新能源功率波動進而滿足負荷平衡的要求，具有跟蹤發電計劃、輔助“削峰填谷”等方面的用途，是優化新型電力系統靈活調節能力的重要措施。在新能源接入比例不斷提高的背景下，儲能系統能夠最大限度地解決成本、容量、可靠性等方面的能量儲存問題，但也有著一定的局限性，難以應對大規模的發電需求，這就需要加強技術開發與資源利用，進而共同實現電力系統的功率平衡調節。

3.4 信息技術與智能化技術

在我國“雙碳”目標的需求下，電力系統也要朝著智能化、自動化的趨勢發展，因此，大數據技術、云計算技術、物聯網技術、互聯網技術、區塊鏈技術等先進技術的應用勢在必行。先進智能技術的應用能夠大幅提升新型電力系統的穩定性、可靠性，優化電網的能量流與信息流。通過在新型電力系統中接入智能儀表、傳感器等裝備，即可實現在發電、輸電、配電、用電等環節的數字化控制，但由于大部分的技術與芯片來源于國外，這就需要合理應用區塊鏈加密技術、入侵檢測技術等，進而優化電力設備的信息安全防護措施，保障信息安全性。除此之外，以新能源為主體的新型電力系統正在朝著智能化、自動化的趨勢發展，所帶來的數據計算量和規模也隨之擴大，單獨的計算設備已經難以滿足運算需求，所以，應合理應用云計算技術，通過加強電力系統的信息化建設，實現大規模、多維度數據的精準化處理，進而推動數字電網的建設。

除此之外，虛擬電廠技術、新能源直流組網技術、直流微電網技術等先進技術的研發與突破，都給以新能源為主體的新型電力系統構建奠定了堅實基礎，是實現大規模、高比例新能源井網建設的源動力，所以，應加強技術與設備研發，通過科學的運用進一步保證電力系統的穩定性、可靠性，使新能源逐漸成為電力系統的主力軍，降低碳排放量。

4結語

綜上所述，在經濟迅猛發展的形勢下，能源轉型升級已是必然趨勢，新型電力系統的構建也是必然結果，更是我國實現“雙碳”目標的有力措施。以新能源為主體的新型電力系統發展逐漸趨于平穩，但相應的防控措施和復雜程度還有待提高，提高新能源的利用率勢在必行。就目前來看，新型電力系統的建設還存在著諸多方面的不足，包括穩定性、安全性、可靠性、經濟學等方面，還需要加強關鍵技術與裝備的協調，加大科研的力度，進而提高我國節能減排的效率，促進社會經濟的可持續發展。