區域多元融合高彈性電網建設實景設計與探索

劉冰旖

摘 要：研究了區域高彈性電網建設實景設計與探索。結合浙江省電力公司提出的多元融合高彈性電網建設思路及重點工作，依托選定區資源現狀，謀劃區域多元融合高彈性電網建設綜合實景示范，從能源供給側綠色低碳、能源消費側節約共享、能源網絡側智慧高效三方面設計綜合實景示范方案，提出自主彈性的需求響應體系、智慧彈性的電力網絡體系、時空彈性的源荷互動體系促進多能轉換高效利用以及社會綜合能效提升。

關鍵詞：高彈性;概念設計;多元融合;區域示范

中圖分類號：TM73 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）4-0047-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.010

Design and Exploration of Multi-Factor Integrated High-elstic Power Grid Construction in a Certain Area

LIU Bingyi

（State Grid Hangzhou Power Supply Company， Hangzhou 310000，China）

Abstract：Researched on the actual design and exploration of the regional high-elasticity electrical grid construction. Combined with the ideas and key tasks of the multi-factor integrated high-elasticity electrical grid constructions that Zhejiang Electric Power Corporation proposed， relying on the current situation of resources in the selected area， Plan a comprehensive exterior demonstration of the regional multi-factor integrated high-elasticity electrical grid constructions，Design a comprehensive demonstration program from three effective aspects： green and low carbon on the energy supply side， conservation and sharing on the energy consumption side， and intelligence and efficiency on the energy network side， propose that an autonomous elasticity demand response system， an intelligent elasticity electrical grid network system， and a spatiotemporal elasticity source-load interaction system all promote the high efficiency of converting multi-energy and the improvement of social comprehensive energy efficiency.

Keywords： high elasticity;conceptual design;multi-factor integrated;regional demonstration

0 引言

隨著我國經濟發展和產業結構調整進程不斷加快，日益增長的用能需求與緊缺的能源供應矛盾不斷突出。面對能源供需格局新變化、國際能源發展新趨勢，習近平總書記從保障國家能源安全的全局高度提出“四個革命、一個合作”能源安全新戰略[1];黨的十九大會議指出要加快建立綠色生產和消費的法律制度和政策導向，建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系[2]，推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系[3]。七十五屆聯合國大會上習近平總書記向全世界表示，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和[4]。中央財經委員會第九次會議布置了“構建以新能源為主體的新型電力系統”等重點工作[5]。

新一輪的能源革命正蓬勃興起。浙江省電力有限公司給出了“建設能源互聯網形態下多元融合高彈性電網”[6]這一解決方案，旨在破解電網安全、低碳和經濟協同的難題[7]。多元融合高彈性電網是海量資源被喚醒、源網荷儲柔性互動、安全效率雙提升的電網[8]，其建設完全符合“雙碳”決策部署要求，是智能電網建設的延伸[9]，將有效提升未來電網的核心能力，同時具備互動資源充足、運行調節能力強、綜合能效優等典型特征[10]?；谀茉椿ヂ摼W形態下多元融合高彈性電網建設思路及重點工作，筆者謀劃設計區域多元融合高彈性電網建設綜合實景示范，以示范建設一體踐行“三個理念”和破解“三元矛盾”，打造能源互聯網“試驗田”和多元融合高彈性電網“樣板間”。

1 選定區域現狀

選定區域位于浙江省杭州市，杭州屬于典型的能源受端城市，外來電占比80%以上。選定區域也是典型的大受端電網，核心地區外來電比例高達90%以上。選定區域本地電源以單機6 000 kW以下小電源為主，由于出力特性限制，主要小型電廠難以通過技術直接進行發電出力調節，彈性資源差難以參與互動。選定區域內并網小型火電廠有燃煤熱電廠、生物智能（沼氣）發電廠、垃圾發電廠三種形式，但是受發電技術和政策制約，難以參與電網調度互動。區域內10 kV及以上并網分布式光伏電站未配置協調控制類裝置，因此無法通過技術手段進行發電參數調節，且相關發電管理機制、補償機制、獎勵機制正處于摸索試行階段，不足以支撐區域內能源需求的高速提升。本地電源彈性調控能力不足，對安全綠色用能需求迫切。

從資源利用現狀來看，提出3方面改進建議。一是可以充分利用區域內閑散用戶資源，調用區域內現存的用戶側屋頂光伏、儲能、備用發電機組等資源，用于降低用電高峰期線路重過載，實現負荷尖峰就地補償。二是通過有效手段挖掘彈性負荷資源，建立有效的政策支撐與激勵機制，引導用戶或電動汽車有序差異化彈性用電，避免大量用戶集中用電，騰出電網的安全運行裕度。三是建立深度融合的智慧能源網絡，提升光伏、儲能、發電機、電動汽車的智慧協同，制定有效的協同運行機制，實現智慧能源電網的多能互補、多能協同。

筆者以設計區域多元融合高彈性電網建設實景為目標，從供給側、消費側、網絡側三側入手規劃綠色低碳、節約共享、智慧高效的能源生態，圍繞“源網荷儲”高效互動著力設計綠色能源新發展建設體系，設計多元融合高彈性電網的實景圖。

2 規劃目標與方案

圍繞建成安全高效、互動開放、清潔低碳、活力智慧的多元融合高彈性電網示范目標，從能源供給側綠色低碳、能源消費側節約共享、能源網絡側智慧高效三方面設計綜合實景示范總體方案。

2.1 能源供給側綠色低碳

以綠色低碳的能源供給為示范區建設的基礎，通過清潔能源輸送、新能源搭配儲能、綠電交易補償等多形式實現能源供給零產碳。一是提升主網優化工程，加快建設500 kV骨干網架，構建松緊有度、疏密相間的220/110 kV網架，保障主網對綠色電的輸送力、消納力，暢通綠色能源大動脈。二是深入挖掘閑散屋頂資源，大力推廣分布式光伏建設，搭配空氣能、風能等多種形式新能源，降低天氣因素影響，暢通綠色能源毛細血管，讓清潔能源充盈整個網絡。三是鼓勵5G基站、數據中心等用戶側儲能深入對接電源側儲能，提升儲能對間歇性光伏、風電等清潔能源的儲備作用，在電網用電高峰發揮儲能削峰的積極效用。四是將區域內所有業態融入綠電交易范圍，提升區域內綠色清潔電占比。

2.2 能源消費側節約共享

通過多能互補、節能減排、需求調配等手段打造選定區域節約共享的能源消費路徑。一是打造多能互補生態，鼓勵出臺能源消費價格引導機制，通過工業園區綜合能源、光儲充一體化建設，建立污水源熱泵、余熱回收、蓄冷蓄熱、光儲智能微電網耦合的多能互補供能系統。二是搭建能源大數據共享共用云平臺，匯集油、電、氣、水等能源數據，科學預測用戶用能需求，精準調控用戶用能形態，實現創能與耗能的有機平衡，助推清潔高效、多元互補、統籌發展的現代能源體系建設。三是推進節能減排改造，通過社區用能智慧改造，實現多能全息感知、綠色節能管理、智慧安全用電的未來社區節約共享用電模板，通過建筑群空氣源冷熱交互系統建設，研發智慧用能系統、打造智慧用能服務體系，推動公共基礎設施零碳演變。四是倡導用戶主動開展低碳減排行為，推動政府出臺需求響應激勵政策，通過價格激勵等方式引導用戶主動參與需求響應，引導低碳綠色、彈性高效用能，在網荷互動中降低能耗。

2.3 能源網絡側智慧高效

通過建設供應保障、節能降損、科技創新三張網，打造智慧高效的能源電力網絡。一是規劃建設靈活彈性、多供少損電力網架，實現網架跨壓、跨相互聯互濟，構建能源交互新模式。二是全面應用自動化手段提升網架資源主動配置和自主響應能力，提升設備經濟運行效率，深化電能替代，減少一次化石能源輸出，減少二氧化碳、氮氧化物等氣體排放。三是依托線路動態增容、直流配電等技術手段，通過負荷均衡、負荷錯峰優化、數字員工建設等方式強化負荷調控能力，降低電網運行損耗。四是展望能源發展前沿技術，運用柔性低頻供電系統與高溫超導輸電系統，建設多種元素支撐的多元互動直流微網系統，提升區域整體供電能力，減少能源損耗。

3 綠色能源新發展建設體系

為推動能源互聯網新發展、開創區域高彈性電網示范建設新局面，聚焦負荷側資源、電網側資源以及資源互動，提出自主彈性的需求響應體系、智慧彈性的電力網絡體系、時空彈性的源荷互動體系，促進多能轉換高效利用以及社會綜合能效提升。

3.1 自主彈性的需求響應體系

深入挖掘負荷側資源，建立自主彈性需求響應支撐體系，切實滿足度夏調峰、輸變電設備故障、分布式能源短時出力不足等場景的負荷需求，提高設備應急調節能力，在一定程度上延緩電網投資，引導社會綠色用能，緩解電網供需矛盾。

①構建全量需求響應資源池，喚醒負荷側海量沉睡資源，打造全行業關聯調節的需求響應負荷儲備庫，推動具備需求響應綜合監測、可調資源響應能力查詢調用、響應方案管理、用戶負荷資源監視多項功能的負荷資源綜合管理平臺的建立。一是打造區域內變電站、開關站、線路負荷資源互動，多維度多層級實現平臺互動，選定主要工業、樓宇用戶建立負荷資源池。二是深入分析區域內各行各業負荷特性，細分可調節負荷資源，辨識可響應資源，實現全行業、多樣性、差異化可調節負荷管理。

②推動政府出臺重載變電站供電區域常態性響應、電網檢修（故障）階段性響應、儲能用戶時段性響應、熱電廠網互動特殊性響應等需求側響應激勵政策，實現源網荷儲多元互動、靈活機制支撐互動、能源互聯高效互動。按照用戶負荷特性等不同維度，制定實用化需求側響應策略，完善補貼發放規則，實現精準需求響應。

3.2 智慧彈性的電力網絡體系

通過配電網設備管理提升，深挖在運設備潛力，動態提升在運設備載流能力，降低配網線損，踐行“節省的投資是最高效的投資”理念，建設具有智慧彈性的配電網絡體系，全面促進電網高質量可持續發展。

3.2.1 兩軸應用，彈性規劃。大數據分析形成從用戶申請用電到第N個月的負荷動態曲線，形成不同業態性質用戶的負荷統計與聚類，預判未來用電負荷增長，根據用戶負荷增長匹配供電裕度，提升電網資源規劃利用效率，降低電網冗余，盤活電網資源，指導用戶接入配套投資和規劃建設投資，實現用戶彈性接入。

3.2.2 設備挖潛，智能運檢。完善設備數據，建立設備運行狀態感知與管控體系，提升電網動態運行極限。一是以智慧感知配電網格狀態為支撐，精準主變畫像，支撐電網負荷柔性調度。二是構建輸電線路輸送容量動態調節系統，及時采集線路運行數據，布局線路動態增容。三是對達到負載率閾值的主變啟動基于配電自動化的負荷自動轉移，降低高負載率的主變負荷、提高低負載率的主變負荷，從而達到主變負荷平衡。四是通過架空線柱上開關融合感知提高配電線路設備運行、供電的可靠性，大幅降低線路故障造成的停電損失。五是應用虛擬數字員工實現配電網格運檢智能化，通過設備狀態數據和視頻采集幫助巡檢人員全面掌握設備運行狀態，減少現場巡檢次數，從而減少人工巡檢成本，實現設備層面節能減排、低碳高效。

3.2.3 智慧創新，綠色輸配。以高效低損的超導輸電、低頻輸電為手段，通過直流配電促進多能互補，實現能源網絡數智創新。一是利用超導電纜輸電容量大、體積小、環境友好、靈活性高、重量輕等優點，實現高效低損輸電新模式的探索。二是低頻輸電兼顧大容量電能輸送的優點和投資經濟性，是對工頻交流輸電和直流輸電方式的有益補充，能夠促進選定區域電網的互聯互通，提升供電可靠性。三是通過變電站就地支撐直流路燈、5G基站、數據機房等直流負荷，減少中間變換環節和配電環節，滿足綠色能源社會發展需求，降低負荷接入損耗。

3.3 時空彈性的源荷互動體系

承接“喚醒的資源是最優質的資源”理念，以綠色、低碳、高效為目標，開展具有時空彈性的源荷互動體系建設。

3.3.1 完善彈性互動“兩庫”。以目標為導向，梳理完善“彈性互動資源庫”和“彈性互動場景庫”。全面梳理彈性互動資源需求，量化區域彈性互動的資源稟賦，建立資源協同共享機制。全面梳理彈性互動場景需求，利用區域源、網、荷、儲四側彈性互動資源和各類應用需求的時空匹配，提升資源利用效率。

3.3.2 搭建虛擬電廠系統。將可調負荷、分布式電源、儲能電站等資源聚合成“虛擬電廠”，參與到調度系統的運行控制中，參與調峰、備用、緊急控制等策略服務中。通過虛擬電廠負荷聚類大數據分析方法，生成主變短時重載問題解決方案，通過機器人交互、在線控制等手段進行虛擬電廠優化調控，對虛擬電廠開展運行成本分析、節能效果評價、供需裕度校核等。

3.3.3 廣域調控平臺，實現海量沉睡資源整合配置、源網荷儲多方柔性互動，協同優化發電側及儲能側資源，豐富電網調節手段，提升動態負荷的實時響應度。根據現有電網模型參數、運行方式等數據，對電網的預想故障進行快速掃描，并給出應對故障影響負荷的最優轉供策略。通過開發電網運行優化策略及動態調整等措施，實現電網側自適應優化控制、各側資源彈性互動響應等支撐手段，提升資源利用效率。

4 結語

圍繞建成“安全高效、互動開放、清潔低碳、活力智慧”多元融合高彈性電網實景示范目標，通過能源供給側綠色低碳、能源消費側節約共享、能源網絡側智慧高效推動綠色能源發展，以需求響應體系、電力網絡體系、源荷互動體系為基石，合力完成高彈性電網實景設計與探索，助力全社會能效大幅提升，全面滿足人民美好生活的用能需求，并得出以下結論。

①高彈性電網建設需要從源側、網側、荷側共同發力，結合儲能，多方位多維度協同運作，提供具備高彈、高效、高質的多元融合互動。

②建立了“需求響應、電力網絡、源荷互動”三大體系，充分挖掘沉睡資源，提高資源利用效率;拓展電網廣度、深度，提高設備彈性效率;開發具有可復制可推廣的源網荷儲互動場景。

③開展高彈性電網建設，推動電網由“源隨荷動”轉向“源網荷儲”多元互動，滿足電網適應發電端新能源接入消納、用電端增加智能用電設備等新業態新業務的發展要求。

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