為大規模消納新能源探索新路徑

吳純新

世界首個縣域級100%新能源新型電力系統可實現湖北省隨州市廣水市100%新能源獨立供電，供區人口超過20萬。該新型電力系統是一種以新能源供電為主體，與大電網柔性互聯，源網荷儲協同互動，面向未來的電網新形態。

截至8月28日，一個100%使用風、光新能源供電的新型電力系統在湖北省隨州市廣水市已穩定試運行241天。它既是一個能確保風、光新能源發電發得出、用得上的實用的現實電網，也是一個開放的、具有未來電網特征的試驗平臺。

作為國家電網公司十大科技示范工程之一，世界首個縣域級100%新能源新型電力系統在廣水市落地，可實現廣水100%新能源獨立供電，供區人口超過20萬。該新型電力系統是一種以新能源供電為主體，與大電網柔性互聯，源網荷儲協同互動，面向未來的電網新形態。

構建該新型電力系統的意義何在？它又能如何服務社會經濟發展？

今年6月初，國家能源局組織11家研究機構編制的《新型電力系統發展藍皮書》發布。該藍皮書指出，新型電力系統具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征。

數據顯示，我國能源活動排放的二氧化碳占二氧化碳排放總量的88%左右，電力行業碳排放占能源行業碳排放的42%左右。實現“雙碳”目標，能源是主戰場，電力是主力軍，新型電力系統則是關鍵載體。

按全國電網運行與控制標準化技術委員會給出的定義，新型電力系統是以堅強智能電網為樞紐平臺，以源網荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統。

傳統電力系統為何要轉向新型電力系統？

伴隨新能源發展，我國傳統電力系統面臨三大困難：在用電側，用電負荷持續飆升；在發電側，極端天氣多發，加上燃料價格不斷升高，加劇了部分地區電力緊張狀況；在電網側，新能源電力大量接入，對電力系統安全構成一定威脅。

國家能源局相關負責人認為，構建新型電力系統是一項復雜而艱巨的系統工程，須統籌謀劃路徑布局，科學部署、有序推進。

廣水憑借豐富的風光資源優勢，先行試點示范條件得天獨厚。

隨州是湖北新能源裝機占比最高、累計發電量最大的區域。截至7月底，隨州新能源并網裝機容量達319.19萬千瓦，新能源滲透率達到267.93%，即新能源裝機容量約達到最大負荷的2.68倍。目前，廣水新能源裝機244兆瓦，最大負荷61兆瓦，新能源滲透率達到400%。

同時，廣水電網屬于末端電網，能較為方便地脫離主網，具備構建新能源裝機占比可調（極限情況新能源裝機占比100%）、柔性負荷占比可變、機電—電磁環境可組合的多形態構網條件，可為源網荷儲互動等技術提供試驗場地。

2021年12月，國網湖北電力在廣水市探索建設全球首個縣域級100%新能源新型電力系統科技示范工程，供電面積418平方千米，覆蓋廣水市主要商業、工業和居民客戶，為電網更好地接入和消納新能源探索新路徑，助力能源結構轉型。

“廣水新能源新型電力系統目前還處在第三階段調試，整體運行平穩，初步驗證了風、光、儲獨立支撐110千伏系統的穩定性。”國網湖北省電力有限公司電力科學研究院新型電力系統研究中心高級工程師胡畔介紹，廣水100%新能源新型電力系統是“以大電網為支撐，新能源供應為主體，源網荷儲實時協同平衡運行”的新型電力系統形態。

廣水100%新能源新型電力系統作為一個獨立的電網系統，可以獨立運行。但它與大電網的關系并非互不干涉，而是靈活的柔性互動。風、光發電“看天吃飯”，新能源新型電力系統不確定性較大，大電網可以對其進行兜底保障。

胡畔說，該電力系統與大電網相連，離不開一個關鍵設備——能量路由器。能量路由器相當于一個閥門，它類似WiFi網絡路由器。當能量路由器開啟時，新能源新型電力系統與大電網“牽手”；關閉時，則與大電網“分手”。

與傳統電力系統從電源側經輸電、變電、配電流入負荷端，電壓等級由高到低、潮流單向不同，借助能量路由器，新能源新型電力系統不僅可從大電網取電，當本地風電、光電有富余時還可反向給大電網送電，實現與大電網之間的柔性互聯。

廣水100%新能源新型電力系統是百兆瓦范圍內供電規模最大、柔性負荷占比最大，全部由風電、光伏為電源并可長期獨立運行的100%新能源新型電力系統，該系統首次構建了近零慣量、全電力電子化的百兆瓦級高比例新能源電力系統，可實現全年100%新能源供電時間占比超70%，全年新能源供電量占比超80%。同時，廣水示范工程4個新能源電場、1個能量路由器站、5個光儲充站、2個變電站、17條饋線、703座臺變及相關用戶設施和儲能設施均已建模至數字孿生電網。該系統還可用于研究新型電力系統下的電壓穩定、頻率穩定、電力電量平衡、故障特性等關鍵問題，為新型電力系統的理論構建取得創新和突破提供真型試驗場景。

建設新型電力系統需要改變傳統電源結構、負荷特性和電網形態，未來電網的設計和建設需適應新型電力系統的復雜性。

為此，廣水示范工程科研團隊研發出世界首套可支持百兆瓦級全新能源電網高效穩定運行的源網荷儲協同控制系統，它可實時協同控制分布式電源、儲能、能量路由器等電力電子化設備，實現各種極端復雜功率波動場景下，尤其是100%新能源獨立組網時的電壓、頻率穩定，滿足系統聯網運行時綠色高效、孤網運行時安全可靠等多種需求。同時，該科研團隊還研制出新能源及儲能機組成套構網型控制器，并在真實電網中首次驗證整站構網特性，使得新能源發電裝備和儲能電源具備與煤電、水電等常規電源相近的性能。

自國家提出建設新型電力系統以來，我國電網企業以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經濟社會發展電力需求為首要目標，以最大化消納新能源為主要任務，以堅強智能電網為樞紐平臺，努力構建并完善我國新型電力系統。

進一步完善我國新型電力系統，可把小型真實場景研究得出的結論與新能源占比不斷提高的實際發展路徑相結合，建設數字孿生電網，實現系統全景感知、智能決策，以云計算技術、人工智能算法為支撐保障新型電力系統安穩運行。

國網湖北省電力有限公司黨委書記、董事長吳英姿表示：“下一步，公司要全面落實率先建成湖北新型電力系統的工作方案，爭取2024年在鄂北建成國內首個跨地市區域新型電力系統，為新型電力系統大規模建設提供湖北成套解決方案。”