智能電網(wǎng)下新能源與常規(guī)能源協(xié)調(diào)發(fā)展初探

陳建輝 大唐韓城第二發(fā)電有限責任公司

新時期，我國提出2060年前實現(xiàn)碳中和目標，這要求加速構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，實現(xiàn)對化石能源消耗量的有效控制，積極提高利用效能。通過積極開展可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。構(gòu)建智能電網(wǎng)，實現(xiàn)新能源與常規(guī)能源的有效協(xié)調(diào)發(fā)展，進而減少能源的消耗，控制碳排放，推動碳中和目標的實現(xiàn)。

一、加速智能電網(wǎng)建設(shè)的背景

我國能源燃燒占據(jù)全部碳排放的88%，其中電力碳排放占據(jù)全社會碳排放的25%左右。近年來，我國大力發(fā)展新能源、提升電網(wǎng)智能調(diào)節(jié)能力等，獲得了不錯的節(jié)能減排措施。當前，全社會電氣化水平不斷提升，越來越多碳排放從終端用能行業(yè)轉(zhuǎn)移到電力，電力行業(yè)的碳減排壓力不斷增加。我國既是能源生產(chǎn)大國，也是消費大國，不過能源綜合利用率水平不高。實現(xiàn)碳中和的目標，對電力系統(tǒng)有著更高的要求，使其面臨很多挑戰(zhàn)。未來，電力系統(tǒng)改造升級以及投資布局，面臨很多的新挑戰(zhàn)，例如可再生能源滲透率和棄電率為正相關(guān)關(guān)系，降低棄電率有著很大挑戰(zhàn)。除此之外，大量分布式能源聚合體也給電網(wǎng)的運行能力以及調(diào)度水平有著很大的考驗，需要積極優(yōu)化電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建造，既需要保證可再生能源消納，同時也需要解決高滲透率的分布式可再生能源帶來的沖擊，解決電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的挑戰(zhàn)。為推動電力增長零碳化發(fā)展，發(fā)展清潔與循環(huán)經(jīng)濟，需建設(shè)堅強大電網(wǎng)和智能配電系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展，推動綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展。具體建設(shè)方面，構(gòu)建以新能源為主題的電源結(jié)構(gòu)，形成高彈性的數(shù)字化、智能化電網(wǎng)以及多元互動等的綜合服務(wù)體系?，F(xiàn)結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)背景，分析新能源與常規(guī)能源的協(xié)調(diào)發(fā)展思路。

二、智能電網(wǎng)下新能源與常規(guī)能源實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的方向

（一）智能電網(wǎng)與光伏的實例分析

以某項目為例，為光伏發(fā)電并網(wǎng)工程，系統(tǒng)由1.1MW的屋頂光伏與250kW×2h的儲能系統(tǒng)組成。從系統(tǒng)的構(gòu)建角度分析，采用了分布式接入控制管理系統(tǒng)和新型智能自愈式饋線自動化處理模塊等，通過發(fā)揮分布式電源和微網(wǎng)技術(shù)以及設(shè)備的優(yōu)勢。構(gòu)建的分布式接入控制管理系統(tǒng)，發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)分布式電源優(yōu)化控制和協(xié)同調(diào)度以及能源經(jīng)濟調(diào)度等多樣化功能，促使多微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與高效化以及安全化運行。采用自愈式饋線處理系統(tǒng)，解決了配電自動化系統(tǒng)故障處理和分布式電源接入的協(xié)調(diào)配合問題，有效處理復(fù)雜配電網(wǎng)的故障問題。

分布式光伏發(fā)展具有較強的不穩(wěn)定性，整個發(fā)電并網(wǎng)環(huán)節(jié)，要解決很多的技術(shù)問題，尤其是運行與檢修安全問題。若出現(xiàn)電流倒送的情況，則會使得電網(wǎng)運行面臨很大的安全隱患。在建設(shè)工作的開展方面，搭建完善的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)信息采集和運行監(jiān)控系統(tǒng)，制定了相應(yīng)的標準，為電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式光伏項目提供具體的解決思路。為了解決并網(wǎng)問題，采取以下技術(shù)措施：1）規(guī)范分布式光伏監(jiān)控主站系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)范，同時構(gòu)建了1套分布式光伏運行監(jiān)控系統(tǒng)。2）開發(fā)符合實際需求的分布式光伏電站的并網(wǎng)接口一體化裝置。3）制定混合通信環(huán)境下的通信解決方案，既滿足信息安全需求，同時達到二次系統(tǒng)安全防護要求。采用微電網(wǎng)技術(shù)手段，使得太陽能產(chǎn)生的電可以直接供給工廠設(shè)備使用，同時有效減少了交直流轉(zhuǎn)換的復(fù)雜且高能耗的過程。

（二）能源協(xié)調(diào)發(fā)展的問題

智能電網(wǎng)具有自愈性特點，同時也具有自動抵御攻擊的優(yōu)勢，可以有效地滿足客戶用電的需求。構(gòu)建的智能化電網(wǎng)，對各類發(fā)電形式接入時的兼容性更強，可促使電網(wǎng)保持高效化和穩(wěn)定化運行。從智能電網(wǎng)下新能源與常規(guī)能源實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的角度分析，智能化電網(wǎng)既需要支持新能源安全穩(wěn)定適宜的接入，并且也需要適應(yīng)分布式發(fā)電與微電網(wǎng)的接入，進而滿足電力的多樣化需求，實現(xiàn)和用戶的有效互動。其中，新能源具有可再生和可屬地化開發(fā)的優(yōu)化，環(huán)保效益突出不過缺點也比較明顯，例如能量密度低等，接入新能源會給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來很大的挑戰(zhàn)。

（三）能源協(xié)調(diào)發(fā)展的方向

新能源滲透率不斷提高，使得電網(wǎng)強度下降。從新能源發(fā)展現(xiàn)狀分析，新能源電網(wǎng)適應(yīng)性標準不斷演進，著對支撐電網(wǎng)的穩(wěn)定性有著較高的要求。目前，德國與澳大利亞等新能源滲透率很高的國家，在具體推動方面提出了新的建模以及更為嚴格的電網(wǎng)標準規(guī)范。從我國的情況來看，最新發(fā)布的2019年新國家標準GB/T37408技術(shù)規(guī)范也適應(yīng)新發(fā)展，強化了電網(wǎng)適應(yīng)性要求，例如高穿有功穩(wěn)定性與高低電壓穿越能力等，提出了更高的要求。未來，低SCR電網(wǎng)環(huán)境背景下，光伏逆變器要具有精準度更高的并網(wǎng)算法。

光儲一體化。未來，光儲一體為發(fā)展的主要方向。在實際建設(shè)方面，面向未來打造智能光伏發(fā)電機，來推動光伏能源的發(fā)展。預(yù)計2025年，電站光儲一體比例，將超過30%。光儲在的結(jié)合，使得光伏電站由電流源轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷涸?，運用光儲協(xié)同控制算法，來實現(xiàn)虛擬慣量等同步機特性，與此同時光伏發(fā)電技術(shù)指標向著光電靠攏，達到可儲可控制的狀態(tài)，促使電網(wǎng)得到增強。這需要解決安全與壽命等各類問題，切實保障電池生命周期內(nèi)，電池利用率最大化目標的實現(xiàn)。

數(shù)字化。從智能電網(wǎng)的建設(shè)推進角度分析，數(shù)字化為重要的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，5G技術(shù)與云技術(shù)等快速發(fā)展，預(yù)計2025年將有超過90%的電站會實現(xiàn)數(shù)字化，使得光伏電站極簡化、智能化和高效化管理實現(xiàn)，打造有機的智能化生命體[1]。

三、智能電網(wǎng)下新能源與常規(guī)能源實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的策略

（一）做好政策的協(xié)調(diào)

智能電網(wǎng)下新能源與常規(guī)能源實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，還需要加大政策的投入力度。采取以下措施：1）財政支持。結(jié)合具體項目情況，針對新基建提出財政支持政策，例如充電設(shè)施獎補資金等，促進各項建設(shè)工作的開展與落實[2]。2）金融支持。積極鼓勵引導銀行與其他金融機構(gòu)，加大對智能電網(wǎng)下新能源的建設(shè)投入。通過構(gòu)建多元化投融資體系，進而吸引更多的社會資本參與，高質(zhì)量推進基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。3）規(guī)劃用地。智能電網(wǎng)下新能源與常規(guī)能源實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面需要解決用地問題，需要加大用地政策的支持力度。4）用電價格。從用電端的角度出發(fā)，如何降低用電成本成為重點。圍繞新能源與常規(guī)能源實現(xiàn)協(xié)調(diào)遇到的挑戰(zhàn)與問題，通過完善政策支持力度，積極推進各項工作，完善基礎(chǔ)設(shè)施，促使綜合能源網(wǎng)形成[3]。

（二）利用技術(shù)協(xié)調(diào)

隨著智能化電網(wǎng)的建設(shè)，新能源與常規(guī)能源的協(xié)同發(fā)展加速，能源結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生很大的變化，向著新一代綜合能源系統(tǒng)方向發(fā)展。通過構(gòu)建綜合能源模式，達到拉通生產(chǎn)與消費的效果，促進碳中和的實現(xiàn)，具有很高的推廣價值。從綜合能源的建設(shè)角度分析，形成源-網(wǎng)-荷-儲一體化的自治系統(tǒng)，要從基礎(chǔ)設(shè)施出發(fā)，構(gòu)建以ICT為底座的基礎(chǔ)設(shè)施，貫徹平臺+生態(tài)理念，做到融合創(chuàng)新，促使能源利用率得到降低，同時能源成本得到降低。在網(wǎng)絡(luò)安全風險與用戶隱私方面，圍繞系統(tǒng)可靠性和安全性以及隱私性等技術(shù)指標，除了做好硬件的設(shè)計與制造控制外，還需要強化預(yù)測性維護，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性；軟件方面則需要構(gòu)建分層級防御系統(tǒng)，達到分層可控和分層防御等效果，保障軟件的安全性與可靠性。通過引入5G技術(shù)和AI技術(shù)等，增強光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性。未來，在技術(shù)方面，組件/組串級監(jiān)控及智能關(guān)斷、AFCI，將會發(fā)展為光伏電站的標配，同時形成統(tǒng)一的而標準。將光伏打造為助力能源，主動安全技術(shù)為重要的保障力量。AI智能化電弧防護，通過將AI算法融入AFCI，實現(xiàn)精準化檢測，達到快速故障保護的目的，同時保障分布式光伏的安全[4]。積極發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，例如RSD與AFCI以及RSD等，為光伏能源利用提供支持。綜合運用區(qū)塊鏈和5G技術(shù)等，為分布式電站的構(gòu)建提供技術(shù)支持，形成協(xié)同管理的虛擬電站，進而更好地參與電力系統(tǒng)的調(diào)度和交易等?；诜植际焦夥鼒鼍埃艿教摂M電站技術(shù)快速發(fā)展的影響，衍生的新型商業(yè)模式，帶來新的經(jīng)濟增長點。預(yù)計2025年，超過80%的戶用光伏系統(tǒng)將會接入各類VPP網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，采用AI技術(shù)，挖掘人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等的技術(shù)優(yōu)勢，通過集成海量的專家經(jīng)驗以及自學習，使得算法和算力以及算據(jù)等可以發(fā)揮有效的作用[5]?；诖思夹g(shù)手段，替代運維專家開展診斷，進行運維決策。利用智能化跟蹤算法，使得組價和支架以及逆變器協(xié)同運行，發(fā)揮技術(shù)的價值。通過智能IV診斷以及精準化定位故障，提高運維管理的水平。除此之外，使用無人機技術(shù)和清洗機器人以及人臉識別技術(shù)等，實現(xiàn)對故障診斷和光儲協(xié)同以及智能化巡檢等模式的重構(gòu)[6]。

（三）綜合化發(fā)展

新能源與常規(guī)能源具有相互促進和協(xié)調(diào)的特點，在推進兩者協(xié)調(diào)發(fā)展的角度，需要保持發(fā)展速度同步以及技術(shù)相互適應(yīng)。與此同時，技術(shù)發(fā)展和政策法規(guī)必須要相互配套。在實踐中必須要努力提高智能化電網(wǎng)接納新能源發(fā)電的能力，進而滿足新能源發(fā)電的響應(yīng)需求，同時也需要做好電網(wǎng)的整合，方便新能源大規(guī)模并網(wǎng)，形成新能源格局。圍繞能源資源和負荷需求的矛盾，積極推進智能化電網(wǎng)的建設(shè)[7]。對電力行業(yè)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，消除協(xié)同發(fā)展的弊端。推進新能源發(fā)電模式發(fā)展的同時，逐漸縮常規(guī)能源的規(guī)模。由于新能源與常規(guī)能源存在差異，合理運用新思維，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的配置，實現(xiàn)兩者的優(yōu)勢[8]。

四、結(jié)語

綜上所述，智能電網(wǎng)下新能源與常規(guī)能源實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，需要政策與技術(shù)等的支持。圍繞兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展難題，完善基礎(chǔ)設(shè)施，推動綜合電網(wǎng)的發(fā)展。通過有效解決面臨的挑戰(zhàn)與問題，促使智能電網(wǎng)快速發(fā)展，創(chuàng)造更多的效益。