全域綠電賦能新型電力系統(tǒng)的源網(wǎng)荷儲一體化管理

文_賈學(xué)法 賈 康 陳 恭

為解決新能源發(fā)電負(fù)荷波動差別大、發(fā)電占比提速緩慢、大電網(wǎng)安全運行穩(wěn)定的問題，國網(wǎng)安陽供電公司有序推進(jìn)新能源高質(zhì)量發(fā)展，在新能源裝機(jī)容量超過66%的情況下，通過推動風(fēng)光儲互補(bǔ)互濟(jì)互聯(lián)互通進(jìn)行高彈性管控。通過貫穿各環(huán)節(jié)采取新能源超柔性的系列管理舉措，以及新型電力系統(tǒng)諸多全智能手段的實施，穩(wěn)定新能源發(fā)電負(fù)荷空間，逐年提升新能源發(fā)電占比，加快推動電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，全域綠電賦能美麗現(xiàn)代化中心強(qiáng)市。目前，安陽地區(qū)新能源得以科學(xué)管控，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電均衡互補(bǔ)發(fā)展，儲能設(shè)施共享靈活調(diào)節(jié)，極大程度穩(wěn)定平滑發(fā)電負(fù)荷曲線，電網(wǎng)運行更安全、更經(jīng)濟(jì)、更綠色、更高效、更可靠，清潔能源發(fā)電占比超過總發(fā)電量的48%，位居全省第一，全國領(lǐng)先行列。

新能源風(fēng)光逐一配對互補(bǔ)注重新能源負(fù)荷本地供需消納平衡

國網(wǎng)安陽供電公司積極探索研究風(fēng)光發(fā)電的特性，太陽能與風(fēng)能在時間上和地域上一般都具有一定的互補(bǔ)性，白天太陽光最強(qiáng)時，風(fēng)較小；晚上太陽落山后，光照小，但由于地表溫差變化大而風(fēng)能加強(qiáng)。若將兩者結(jié)合起來，可實現(xiàn)晝夜發(fā)電。采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，可以彌補(bǔ)風(fēng)能、太陽能間歇性的缺陷，從而在某一區(qū)域考慮風(fēng)光互補(bǔ)配對，開發(fā)一種新的性能優(yōu)越的綠色能源，比單獨風(fēng)力發(fā)電、單獨太陽能光伏發(fā)電更加有效的發(fā)電方式，實現(xiàn)能量之間的相互補(bǔ)充，不僅能提供更加穩(wěn)定的電能輸出，還可以在一定程度上削弱風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的反調(diào)峰特性，這就需要風(fēng)電和光伏考慮互補(bǔ)協(xié)調(diào)發(fā)展，尤其是國家倡導(dǎo)的千鄉(xiāng)萬村馭風(fēng)和千家萬戶沐光互補(bǔ)互動更有必要性。

安陽地區(qū)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電從規(guī)劃、建設(shè)、運行、驗收每一個環(huán)節(jié)，尤其注重風(fēng)光的互補(bǔ)性，劃分6個區(qū)域針對風(fēng)光充分進(jìn)行互補(bǔ)配對，發(fā)揮資源的最大優(yōu)勢，以最優(yōu)的運行方式穩(wěn)定電網(wǎng)的負(fù)荷曲線，實現(xiàn)負(fù)荷的本地優(yōu)化平衡，力爭新能源迅速成為市場供電主體，為實現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)提供強(qiáng)有力的支撐。

新能源儲能上下良好互聯(lián)互通增強(qiáng)新能源穩(wěn)定輸出的韌性

安陽地區(qū)積極貫徹落實上級要求，在發(fā)展風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的同時，非常注重儲能設(shè)施的建設(shè)。

一是在新上電源側(cè)，尤其要求新能源廠站作為穩(wěn)定電源必須自帶容量高于20%的儲能設(shè)備，方便系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)。

二是在電網(wǎng)供應(yīng)側(cè)，積極聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)新能源廠商，聯(lián)合興建大型儲能設(shè)備。例如安陽西部林州市正在修建的抽水蓄能電站，裝機(jī)容量達(dá)到120萬千瓦，項目年發(fā)電量13.19億千瓦時。再如安陽南部內(nèi)黃縣，華潤修建的20萬千瓦風(fēng)電儲能項目，儲能配比達(dá)到50%。還有安陽中部北關(guān)區(qū)，安陽東潤旭源新能源公司修建的20萬千瓦集中式磷酸鐵鋰電池儲能電站。若僅按此3項計算，安陽地區(qū)儲能容量160萬千瓦，儲新比達(dá)到40%以上，在全國（2021年儲新比7%）處于領(lǐng)先地位，并在全省繼續(xù)保持第一。

三是在配電網(wǎng)低壓側(cè)，高度重視分布式屋頂式光伏發(fā)電的建設(shè)。積極鼓勵客戶增加另外的蓄電池容量，在滿足逆變提供發(fā)電功率的同時，保證儲能的容量30%以上和放電時間超過4小時，以備光伏停發(fā)時向系統(tǒng)輸送必要的調(diào)峰功率。

四是在電力客戶用電側(cè)，宣傳鼓勵客戶投資儲能設(shè)施建設(shè)。客戶擁有儲能設(shè)施，方便系統(tǒng)負(fù)荷緊張或事故狀態(tài)下，作為自己的應(yīng)急或保安電源，也可以在系統(tǒng)“雙峰”時作為共享儲能，提供系統(tǒng)削峰填谷使用，發(fā)揮儲能資源靈活調(diào)節(jié)電網(wǎng)的重要性。

五是在新能源電動車充電樁建設(shè)方面，宣傳推廣使用V2G充電樁。在電動汽車靜止?fàn)顟B(tài)時，它不僅能給車充電，充電相當(dāng)于“買電”，還能通過并網(wǎng)，“賣電”給電網(wǎng)，把車變成一個“移動充電寶”。“一買一賣”的盈余，可以為車主帶來收益，降低電動汽車車主用電成本。

六是在新上儲能方式上，積極推廣使用成熟的技術(shù)及多種儲能方式。例如推廣抽水蓄能的同時，還可以重視其他壓縮空氣儲能和飛輪儲能等物理儲能，還有電化學(xué)類儲能、熱儲能、電氣類儲能，等等。抽水蓄能主要應(yīng)用于大電網(wǎng)的輸配電環(huán)節(jié)，而電化學(xué)儲能則更多運用于光、風(fēng)發(fā)電等波動較大的可再生能源發(fā)電側(cè)、中小型智能變電站和用電側(cè)。飛輪與超級電容器儲能主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中對電壓波動較為敏感的精密制造與通信、數(shù)據(jù)中心等行業(yè)。化學(xué)類儲能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體，把待棄掉的風(fēng)、光電制氫，通過電解水將水分解為氫氣和氧氣，從而獲得氫，以后可直接用氫作為能量的載體，再將氫與二氧化碳反應(yīng)成為合成天然氣（甲烷），以合成天然氣作為另一種二次能量載體。

應(yīng)用新能源新技術(shù)新設(shè)備適應(yīng)電網(wǎng)運行新需要

國網(wǎng)安陽供電公司積極響應(yīng)國家發(fā)改委及國家電網(wǎng)有限公司新能源最新要求，注重風(fēng)光水火儲荷一體化協(xié)調(diào)聯(lián)動，尤其通過六個方面構(gòu)建和實踐源網(wǎng)荷儲一體化管理。

一是風(fēng)光儲一體化系統(tǒng)，互補(bǔ)配對平滑負(fù)荷曲線。在風(fēng)光自然稟賦允許的情況下，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備利用高空風(fēng)能，光伏發(fā)電設(shè)備則可利用風(fēng)機(jī)地面的太陽能，如若遇到良田地域，可將太陽能板抬高架起層層疊放，實現(xiàn)地面和高空的有效結(jié)合。由于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)共用一套配電設(shè)備，降低了工程造價，共用一批管理和工程技術(shù)人員，提高了勞動效率，降低了運行成本。在個別風(fēng)光不足的時候，可以使用儲能設(shè)施進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，保證供出負(fù)荷曲線的平滑。

在風(fēng)光儲容量配置方面，經(jīng)過科學(xué)的理論計算及運行的實際經(jīng)驗，完全可以按照某一供電區(qū)域變電容量的40%、30%、30%配比風(fēng)、光、儲，建立風(fēng)光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力風(fēng)電場站可以與太陽能光伏電站形成互補(bǔ)，風(fēng)力場站也可以與同一區(qū)域分布式屋頂光伏形成互補(bǔ)，在居民區(qū)也可建立屋頂小容量分散式風(fēng)機(jī)及分布式光伏互補(bǔ)配對發(fā)電系統(tǒng)，并且響應(yīng)自動發(fā)電控制（AGC）,以最大的能力保證客戶負(fù)荷的需求。

二是風(fēng)光水火儲荷一體化聯(lián)動，互動互劑滿足負(fù)荷需求。把握風(fēng)力發(fā)電的新舉措，在陸地和海上逐漸走向轉(zhuǎn)化效率高、高可靠、低風(fēng)速、大容量、低噪音、免維護(hù)，小容量家用或企業(yè)自用等分散式風(fēng)力發(fā)電必須實現(xiàn)安裝便捷、性能穩(wěn)定、容易維護(hù)。把握太陽能發(fā)電的新舉措，逐漸走向轉(zhuǎn)化效率高、自動清洗、大容量、高可靠、免維護(hù)，只要在太陽光資源允許的地方，不管是沙漠、戈壁、荒地、山野、丘陵、湖泊、魚塘、海洋，皆可修建光伏發(fā)電，有條件的地方可以推廣使用光伏發(fā)電玻璃，代替建筑使用的普通玻璃。

推廣使用風(fēng)光發(fā)電的先進(jìn)技術(shù)，逐步提高風(fēng)光的發(fā)電效率，集中式風(fēng)電與光伏進(jìn)行白晚互補(bǔ)，分布式光伏與分散式風(fēng)電進(jìn)行白晚互補(bǔ)，或者交叉進(jìn)行白晚互補(bǔ)，并且與自帶儲能、輸配網(wǎng)儲能一體化互動共享，形成穩(wěn)定的發(fā)電電源。在風(fēng)光資源欠缺的情況下，通過水、火、核、生物質(zhì)等發(fā)電及時補(bǔ)充短板，以及電力能源互聯(lián)網(wǎng)提供外網(wǎng)資源的強(qiáng)大支撐，另外柔性負(fù)荷90萬千瓦主動參與電網(wǎng)運行控制，柔性特征的負(fù)荷能夠與電網(wǎng)進(jìn)行能量互動，具有在一定時間段內(nèi)靈活可變的顯著特點，這樣通過風(fēng)光水火儲荷的互動互劑，便能隨時隨地滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡需求。

三是電力與新能源一體化管理，互幫互助高度協(xié)調(diào)一致。國網(wǎng)安陽供電公司所有新能源場站已經(jīng)接入新能源云。按照國家電網(wǎng)有限公司建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求，發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施，打造新的“電力能源互聯(lián)網(wǎng)新一代智能管理指揮中心”共享平臺，正是應(yīng)用數(shù)字化推進(jìn)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級要求的典范。

通過共享平臺指揮中心，為能源管理部門、發(fā)電企業(yè)用戶、電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、配套設(shè)備供應(yīng)商等各方提供多樣化數(shù)字服務(wù)，創(chuàng)新數(shù)字能源、數(shù)字運營等商業(yè)運營模式，整合內(nèi)外部數(shù)據(jù)資源，以此來加快推動新能源行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)通道的建設(shè)，實現(xiàn)多方參與，互聯(lián)互通，互幫互助，聯(lián)動管理，協(xié)調(diào)一致，從而使供電公司的社會屬性進(jìn)一步突出，成為新能源資源共享、利益共享、平臺共享、生態(tài)共享的載體。

四是源網(wǎng)荷儲閉環(huán)一體化機(jī)制，互聯(lián)互調(diào)提升利用效率。科學(xué)管控“源—網(wǎng)—荷—儲”互動運行，建立并運行電源、電網(wǎng)、負(fù)荷和儲能之間互幫互助一體化機(jī)制，通過源隨源動、源源互補(bǔ)、源儲互濟(jì)、源隨荷動，基于新能源風(fēng)光互補(bǔ)模式，互動共享所有發(fā)電電源的資源，自動隨機(jī)匹配電網(wǎng)負(fù)載。通過網(wǎng)隨網(wǎng)動、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、網(wǎng)儲互濟(jì)，電網(wǎng)柔性裝置增強(qiáng)資源配置能力，能源互聯(lián)網(wǎng)補(bǔ)充電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的不足之處，各級繼電保護(hù)和安全自動裝置種類齊全并保證動作準(zhǔn)確，可靠發(fā)揮電網(wǎng)整體協(xié)調(diào)聯(lián)動作用。通過網(wǎng)荷互動、荷隨源動、源荷互動、荷儲互濟(jì)，智能負(fù)荷、柔性負(fù)荷、用戶側(cè)儲能互聯(lián)互通等多種交互形式，強(qiáng)化負(fù)載能增能減的彈性，確保負(fù)荷與電網(wǎng)供應(yīng)、電源出力的高度統(tǒng)一。同時結(jié)合電源側(cè)不同類型間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)特性、柔性負(fù)荷的靈活可調(diào)節(jié)特性和儲能資源的充放電特性等，在新能源大發(fā)時鼓勵負(fù)荷多用（儲存）電，提高新能源的主動消納能力，從而更經(jīng)濟(jì)、更高效和更安全地提高電力系統(tǒng)功率動態(tài)平衡能力。

五是啟動柔性交流輸配電，動態(tài)平衡電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)可靠運行。柔性交流輸配電是綜合電力電子技術(shù)、微處理和微電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù)。

使用FACTS包括靜止無功補(bǔ)償器、靜止同步補(bǔ)償器、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置和可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置，實現(xiàn)潮流控制和電壓控制，為電力系統(tǒng)提供了一種較為靈活的抑制低頻振蕩的方式。

新能源大量并網(wǎng)以后，系統(tǒng)無功功率面臨困難，急需使用柔性交流輸配電技術(shù)，從新能源場站側(cè)、輸配電線路、變電站內(nèi)部、變壓器低壓側(cè)等方面，通過無功補(bǔ)償器彌補(bǔ)系統(tǒng)需要無功設(shè)備的無功，有效改善電壓質(zhì)量和降低系統(tǒng)線損，動態(tài)平衡系統(tǒng)有功功率和無功功率，極大降低系統(tǒng)無功電流，有利于節(jié)能降耗，起到電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行的良好作用。

電力能源互聯(lián)網(wǎng)新一代智能管理指揮中心自動電壓控制（AVC）對并網(wǎng)設(shè)備無功功率、無功補(bǔ)償設(shè)備（容抗器和SVG/SVC）的投入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)電壓控制。自動發(fā)電控制（AGC）功能實現(xiàn)多區(qū)域、多場景電源的有功自動控制，提供了自動和手動控制模式，適應(yīng)了不同的控制需求。自動功率控制（APC）通過調(diào)度端向發(fā)電廠、可調(diào)節(jié)負(fù)荷下達(dá)調(diào)節(jié)指令，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲多環(huán)節(jié)的有功自動調(diào)節(jié)響應(yīng)，達(dá)到滿足電網(wǎng)實時安全平衡及頻率調(diào)節(jié)在偏差范圍內(nèi)的閉環(huán)控制過程。在正常狀態(tài)下，自適應(yīng)巡航不用人員干預(yù)，頻率、電壓、潮流能夠做到自主調(diào)度和控制，即在電網(wǎng)不發(fā)生故障的情況下做到自動調(diào)度，充分彰顯交流輸配電的柔性管理。

另外，積極建設(shè)中壓柔性互聯(lián)設(shè)施和交直流混合輸配電網(wǎng)，增強(qiáng)源與源、站與站、線與線、變與變之間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移手段，多種方式控制主配變上翻比例，力求新能源發(fā)電做到屬地消納，提升有源主配網(wǎng)調(diào)控能力。

六是構(gòu)建柔性直流輸配電，多點匯集新能源形成穩(wěn)定可控的電源。柔性直流輸電指的是基于電壓源換流器的高壓直流輸電，是繼交流輸電、常規(guī)直流輸電后的一種新型直流輸電方式。

構(gòu)建柔性直流輸電將半控型電力電子器件升級為全控型電力電子器件，具有響應(yīng)速度快、可控性好、運行方式靈活、可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、不會出現(xiàn)換相失敗及易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)等優(yōu)點。

特高壓主要解決傳統(tǒng)煤電水電的北電南送與西電東送，并將風(fēng)光與火水進(jìn)行打捆外送。而柔性直流輸電在大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)、大型城市供電和沿海島嶼聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢；基于柔性直流的直流電網(wǎng)可以實現(xiàn)風(fēng)、光、水等間歇性、波動性可再生能源的廣域互補(bǔ)，是實現(xiàn)發(fā)電清潔轉(zhuǎn)型和全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)支撐。

快速推廣世界首個張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程經(jīng)驗，使用柔性直流電網(wǎng)技術(shù)這個“金鑰匙”破解清潔能源大規(guī)模并網(wǎng)消納難題，發(fā)揮其在新能源并網(wǎng)、異步電網(wǎng)互聯(lián)、城市供電等方面的獨特優(yōu)勢，已經(jīng)成為國家電網(wǎng)公司構(gòu)建新型電力系統(tǒng)踐行“雙碳”目標(biāo)的重要行動。

今年1月25日，安陽電網(wǎng)風(fēng)光新能源發(fā)電最大出力達(dá)到306.7萬千瓦，占同時刻全網(wǎng)用電負(fù)荷的108.11%，再次刷新歷史紀(jì)錄，已經(jīng)多次頻現(xiàn)“綠色供電”時段，這充分說明安陽地區(qū)綠電賦能新系統(tǒng)，清潔低碳已遍布整個城市，正在逐漸形成以清潔主導(dǎo)、電為中心的能源供應(yīng)和消費體系，生產(chǎn)側(cè)實現(xiàn)多元化、清潔化、低碳化，消費側(cè)實現(xiàn)高效化、減量化、電氣化。