五大關鍵技術確保清潔供電

高舜安，國網冀北電力有限公司副總工程師，教授級高級工程師，國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項——冬奧賽區100%清潔電力高可靠供應關鍵技術研究及示范項目負責人。

近年來在新能源、輸電、配電及智能用電等領域先后獲得十余項省部級科學技術進步獎，組織指揮冬奧核心賽區奧雪110kV變電站的施工建設，參與協調冬奧配套的±500kV張北柔直電網工程康巴諾爾和中都換流站試驗、調試工作。

開發利用可再生能源已成為世界各國保障能源安全、促進綠色低碳可持續發展的共同選擇。張家口與北京聯合舉辦北京2022年冬奧會，將國家級可再生能源示范基地綠電供應到奧運場館，是兌現“綠色辦奧”承諾的一項重要舉措。冬奧賽區100%清潔電力高可靠供應關鍵技術研究及示范項目負責人、國網冀北電力有限公司副總工程師高舜安做了解答。

問：國家電網是如何保障北京2022年冬奧會供電的？

高舜安：2015年7月29日，國家批準成立張家口可再生能源示范區，兩天以后，2015年7月31日，我國申辦本次冬奧獲得成功，這次冬奧會是由張家口和北京共同申辦。從那個時候開始，國家電網公司全力踐行“綠色、開放、共享、廉潔”的辦奧理念，把促進張家口地區的可再生能源開發利用和保障冬奧“綠色、高效、可靠、運行”作為我們兩大歷史使命，從此開啟了挑戰，也彰顯責任和擔當。

近6年以來，在新能源開發和保障供電方面，我們取得的成績可以用奧運精神三個字“快、高、強”來概括。“快”是指新能源的快速發展。張家口的新能源從1995年底的700萬千瓦，到現在已經超過了2000萬千瓦，翻了一番還要多。第二個是“高”，指電網輸送新能源以后，電力系統特性出現了新的特點：一是在電力系統中高比例的新能源，二是由于要輸送新能源，采用了大量的電力電子裝置，也就是說電力電子設備在電力系統中所占的比例非常高，所以簡單說電力系統的雙高特性。第三個是“強”，為了保證奧運供電，后面必須有一個堅強的供電網絡，也需要堅強的技術支撐。“快、高、強”的特點，有理由讓我們實現冬奧場館100%的清潔電力供應。

問：要在冬奧賽區滿足100%清潔電力的高可靠供應，是件不簡單的事。其中面臨著怎樣的技術難題？

高舜安：滿足冬奧賽區100%高可靠供應，把張家口生產的可再生能源產生的綠色電力、清潔電力向北京輸送，國家電網專門建設了張北四端柔直工程，這是世界上電壓等級最高的柔直電網。但是，柔直電網和傳統電力系統有顯著不同，無論是新能源的匯集還是電力送出，采用的都是高比例電力電子裝置。高比例電力電子裝置耦合作用非常強，相互作用的機理很復雜，容易引起系統震蕩，可能造成送電中斷。這在國內外新能源并網多次出現過，北京接受張家口新能源的輸送，我們必須解決這個問題，這是第一。

第二個問題是怎樣保證奧運場館和奧運賽區清潔電力的充裕。我們都知道，風電、光電非常綠色，但是風、光的隨機性和波動性非常強，也就是很不穩定，可能很高，也可能很低，極端情況下可能是0。同時，因為冬奧會正好在北方，北方冬季正好是我們整個電力負荷的又一個高峰。新能源波動跟高峰疊加，有可能造成奧運賽區清潔電力供應短缺。因此，保證冬奧賽區電力供應能夠實時平衡，這是要解決的第二個問題。

第三個問題是保證供電可靠性。增加電網投資，配合自動化手段，提高供電可靠性，在一些發達地區可以說是通常做法。這次冬奧會冰雪場地不少在崇禮，這是主要賽區。崇禮相對于北京各個區經濟欠發達，從節儉辦奧和可持續發展的理念出發，崇禮賽區的電網結構肯定不能夠像北京那樣適用充分投資政策。因為投資完了之后，它的負荷小，奧運過后還得考慮利用價值問題。

基于剛才提到的三大保障任務及其面臨的困難和挑戰，我們聯合覆蓋產學研所有領域的9家單位組成了一個聯合申報團隊，申報國家重點研發項目——冬奧賽區100%清潔電力高可靠供應關鍵技術研究及示范國家項目。這個項目在2020年10月申報成功，項目確立了5個關鍵技術。

問：能否請您給我們詳細解釋一下這五大關鍵技術到底是什么？

高舜安：第一是100%可再生能源經柔直電網送出的穩定控制技術。我們通過這個技術有效抑制了系統發生震蕩的風險，保障電網的安全可靠運行。

第二是虛擬電廠技術，把社會上分散的資源聚集起來。通過虛擬電廠技術，首先看看周邊有沒有可以調節的負荷，把非奧運場館的負荷降下來，這樣保證用電充足供應。其次把其他電能有效調集起來，送到奧運場館補缺口，實現奧運場館電力實時平衡。

第三是信息物理社會交互影響的源—輸—配—荷一體化高可靠供電技術。對現有設備進行智能化改造，讓這些設備的狀態可以感知到。通過互聯網的高度集成，實現信息物理社會高度融合，保證現場各種故障的預判，包括故障的處理，能夠做到非常高效。這樣就能夠提高供電的可靠性，減少設備的故障率。

第四是高寒條件下的儲能技術和即插即用技術。主要針對綠色應急保障。傳統應急保障，都是用柴油發電機。但是在奧運保障上，我們說要實現綠色奧運，也希望奧運保障車清潔、綠色、環保。所以，我們研發了一款在張家口崇禮極寒條件下，比如零下30攝氏度，可以正常快速啟動，也可以快速切換的移動新能源儲能發電車。一旦奧運場館失電，這個車頂上去以后，場館用的還是清潔綠色的電。

第五是冬奧場館和冬奧供電網的數字孿生技術。可以把前面四個技術相互作用的過程很好推演出來。它有海量的數據，可以在比賽的時候，為我們保障冬奧會的安全供電提供非常有用的信息，包括在應急時輔助決策。

中國電科院新能源研究中心搭建新能源發電數字物理混合仿真平臺，解決關鍵技術難題。

這五個技術各有各的分工，各有各的應用場景，但是又相互聯系、相互補充，形成合力，保障冬奧賽區100%的清潔電力高可靠供應。

問：您剛剛對這五個關鍵技術的提法比較專業，大家都很好奇，這些技術如果應用到社會生產、生活當中，會帶來哪些變化？

高舜安：第一，這些技術未來完善和繼續開發，有助于國家“雙碳”目標的落地。實現“雙碳”目標，能源電力先行是關鍵。在我國碳排放中，能源活動占到87%，電力占到40%，這個占比是非常大的。我們在奧運場館已經實現了電力近零排放。在奧運場館能夠實現，在其他地方也是能夠實現的。當然，這不僅僅是電力，里面涉及其他的發電行業，涉及其他用電的行業，如果都行動起來，是能夠推動我們國家“雙碳”目標實現進程的。

第二，有助于促進能源轉型。我們先解決新能源經過電網可靠送出的問題，解決新能源的震蕩問題，讓新能源能送出去。同時我們又建立了一個柔性直流的孤島系統，這個系統的示范性非常強。這個系統本身的安全可靠運行，標志著我們在某種程度上，至少在技術層面上是可以支撐這種新能源的可靠運行的。我們相信，能夠建立起可靠的、滿足新能源消納和利用的電力系統。

第三是有利于促進相關產業的轉型升級。國家電網一直致力于將能源和數字結合起來，這能夠有效推動相關產業數字化升級改造，促進數字中國建設。

新能源發電企業配合國家電網的相關發電設備，比如風力發電機、太陽能發電裝置，進行參數優化。本身也能夠提高設備的制造水平，提高設備性能。我們剛才提到應急電源車，實際上應急電源車還有一個非常重要的功能，它可以作為移動儲能來用。這些移動儲能，將來能運用到社會活動中和各種需要的地方，保證我們用上安全綠色的電。

第四，可以培養我們良好的用電習慣。可以通過虛擬電廠平臺進行交易，直接從網上購買清潔電力，清潔電力是可以追溯的。

同時節省家里的負荷，包括電動汽車，現在都可以參與到能源互動過程中。這對于提高整個社會能源的綜合利用是非常有好處的，當然也會降低碳排放。