世界首個(gè)縣域級100%新能源新型電力系統試運行穩定

世界首個(gè)縣域級100%新能源新型電力系統試運行穩定

為大規模消納新能源探索新路徑

世界首個(gè)縣域級100%新能源新型電力系統可實(shí)現湖北省隨州市廣水市100%新能源獨立供電，供區人口超過(guò)20萬(wàn)。該新型電力系統是一種以新能源供電為主體，與大電網(wǎng)柔性互聯(lián)，源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動(dòng)，面向未來(lái)的電網(wǎng)新形態(tài)。

截至8月28日，一個(gè)100%使用風(fēng)、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(gè)能確保風(fēng)、光新能源發(fā)電發(fā)得出、用得上的實(shí)用的現實(shí)電網(wǎng)，也是一個(gè)開(kāi)放的、具有未來(lái)電網(wǎng)特征的試驗平臺。

作為國家電網(wǎng)公司十大科技示范工程之一，世界首個(gè)縣域級100%新能源新型電力系統在廣水市落地，可實(shí)現廣水100%新能源獨立供電，供區人口超過(guò)20萬(wàn)。該新型電力系統是一種以新能源供電為主體，與大電網(wǎng)柔性互聯(lián)，源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動(dòng)，面向未來(lái)的電網(wǎng)新形態(tài)。

構建該新型電力系統的意義何在?它又能如何服務(wù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展?

新型電力系統為何花落廣水

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(fā)展藍皮書(shū)》發(fā)布。該藍皮書(shū)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(dòng)排放的二氧化碳占二氧化碳排放總量的88%左右，電力行業(yè)碳排放占能源行業(yè)碳排放的42%左右。實(shí)現“雙碳”目標，能源是主戰場(chǎng)，電力是主力軍，新型電力系統則是關(guān)鍵載體。

按全國電網(wǎng)運行與控制標準化技術(shù)委員會(huì )給出的定義，新型電力系統是以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動(dòng)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(kāi)放互動(dòng)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(fā)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(fā)電側，極端天氣多發(fā)，加上燃料價(jià)格不斷升高，加劇了部分地區電力緊張狀況;在電網(wǎng)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(guān)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(xué)部署、有序推進(jìn)。

廣水憑借豐富的風(fēng)光資源優(yōu)勢，先行試點(diǎn)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(fā)電量最大的區域。截至7月底，隨州新能源并網(wǎng)裝機容量達319.19萬(wàn)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(shí)，廣水電網(wǎng)屬于末端電網(wǎng)，能較為方便地脫離主網(wǎng)，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(huán)境可組合的多形態(tài)構網(wǎng)條件，可為源網(wǎng)荷儲互動(dòng)等技術(shù)提供試驗場(chǎng)地。

2021年12月，國網(wǎng)湖北電力在廣水市探索建設全球首個(gè)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(yè)、工業(yè)和居民客戶(hù)，為電網(wǎng)更好地接入和消納新能源探索新路徑，助力能源結構轉型。

與大電網(wǎng)實(shí)現柔性互聯(lián)

“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(fēng)、光、儲獨立支撐110千伏系統的穩定性。”國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)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(wǎng)為支撐，新能源供應為主體，源網(wǎng)荷儲實(shí)時(shí)協(xié)同平衡運行”的新型電力系統形態(tài)。

廣水100%新能源新型電力系統作為一個(gè)獨立的電網(wǎng)系統，可以獨立運行。但它與大電網(wǎng)的關(guān)系并非互不干涉，而是靈活的柔性互動(dòng)。風(fēng)、光發(fā)電“看天吃飯”，新能源新型電力系統不確定性較大，大電網(wǎng)可以對其進(jìn)行兜底保障。

胡畔說(shuō)，該電力系統與大電網(wǎng)相連，離不開(kāi)一個(gè)關(guān)鍵設備——能量路由器。能量路由器相當于一個(gè)閥門(mén)，它類(lèi)似WiFi網(wǎng)絡(luò )路由器。當能量路由器開(kāi)啟時(shí)，新能源新型電力系統與大電網(wǎng)“牽手”;關(guān)閉時(shí)，則與大電網(wǎng)“分手”。

與傳統電力系統從電源側經(jīng)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(wǎng)取電，當本地風(fēng)電、光電有富余時(shí)還可反向給大電網(wǎng)送電，實(shí)現與大電網(wǎng)之間的柔性互聯(lián)。

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(fēng)電、光伏為電源并可長(cháng)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(shí)現全年100%新能源供電時(shí)間占比超70%，全年新能源供電量占比超80%。同時(shí)，廣水示范工程4個(gè)新能源電場(chǎng)、1個(gè)能量路由器站、5個(gè)光儲充站、2個(gè)變電站、17條饋線(xiàn)、703座臺變及相關(guān)用戶(hù)設施和儲能設施均已建模至數字孿生電網(wǎng)。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(guān)鍵問(wèn)題，為新型電力系統的理論構建取得創(chuàng )新和突破提供真型試驗場(chǎng)景。

技術(shù)創(chuàng )新支撐穩定運行

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(wǎng)形態(tài)，未來(lái)電網(wǎng)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(fā)出世界首套可支持百兆瓦級全新能源電網(wǎng)高效穩定運行的源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制系統，它可實(shí)時(shí)協(xié)同控制分布式電源、儲能、能量路由器等電力電子化設備，實(shí)現各種極端復雜功率波動(dòng)場(chǎng)景下，尤其是100%新能源獨立組網(wǎng)時(shí)的電壓、頻率穩定，滿(mǎn)足系統聯(lián)網(wǎng)運行時(shí)綠色高效、孤網(wǎng)運行時(shí)安全可靠等多種需求。同時(shí)，該科研團隊還研制出新能源及儲能機組成套構網(wǎng)型控制器，并在真實(shí)電網(wǎng)中首次驗證整站構網(wǎng)特性，使得新能源發(fā)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(lái)，我國電網(wǎng)企業(yè)以確保能源電力安全為基本前提，以滿(mǎn)足經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展電力需求為首要目標，以最大化消納新能源為主要任務(wù)，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，努力構建并完善我國新型電力系統。

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

國網(wǎng)湖北省電力有限公司黨委書(shū)記、董事長(cháng)吳英姿表示：“下一步，公司要全面落實(shí)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(gè)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。” (記者 吳純新 通訊員 甘依依 夏一菲)