来自 财经 2021-07-22 14:34 的文章

数字赋能新型电力系统构建良性“碳中和”电力行业生态

原标题:数字赋能新型电力系统 构建良性“碳中和”电力行业生态

我国已经确立了力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标。落实“双碳”目标,电力行业任务重、责任大,发展以新能源为主的新型电力系统已成为电力行业的时代使命。

实现“双碳”目标是一个系统性工程,需要各个行业的通力合作,以共同打造良好的低碳生态。在“双碳”目标下,未来能源系统将以新能源为主体,以电力、热能等多种能源形式为载体,以能源技术与信息技术深度融合为特征,实现能源的互济互补和安全高效利用。以新能源为主体的新型电力系统将是未来能源系统的核心组成部分,将呈现如下特征:

一是分布式资源快速增加,配电、用电形态发生巨大变化。随着政策引导和技术进步,风电、光伏等新能源将大量以分布式的形式并网;同时,在能源消费革命和再电气化进程的推动下,电动汽车等分布式资源必将迎来大规模的发展。这使得电源与负荷不再单纯是电力系统的始末两端,而是杂糅共陈。一方面,配电网的潮流将更为多变,运行控制和安全防护的逻辑将更为复杂;另一方面,我国资源与负荷逆向分布的矛盾将得到一定程度的缓解,电力的大规模转移需求持续下降。

二是负荷侧实现广泛而深度的供需互动。随着人工智能、大数据等技术的发展,用户可借助信息技术智能调整自身用能特性,参与供需互动,降低了用户参与的专业性要求和时间成本要求。更为广泛的用户参与和更完善的信息支撑,将促成更为有效的供需互动,从而更大程度地打破“源随荷动”的运行限制。

三是超高比例新能源接入,系统面临的不确定性进一步增加,电力、电量平衡压力大。减少化石能源的使用是降低碳排放的根本性措施,风、光等新能源的开发将是实现清洁替代的关键。然而新能源具有很强的不确定性,其出力的随机性和波动性将给电力系统的电力与电量平衡带来巨大的压力。从中期来看,2030年全国风、光装机容量达到12亿千瓦以上,同时火电机组有序退出,将给系统带来严峻的新能源消纳压力;从长期来看,碳中和目标要求电力系统演化为“零碳电力系统”,电力电量平衡必须借助于储能等技术突破来实现,并需要新能源和负荷侧提供主动支撑能力。

四是大量电力电子设备入网,系统惯量大幅降低,安全稳定运行面临巨大挑战。随着常规火电机组的有序退网和大规模新能源电源的并网,以及大量含高比例电力电子元件输电设备的投运,未来电力系统的惯量必然大幅降低,将颠覆现有的系统控制运行模式,威胁电力系统的安全稳定运行。

五是氢能、储能、可控核聚变等新技术有望实现突破,并规模化应用到电力系统,从而革新现有电网形态。随着全球范围内持续高强度的科研投入,氢能、储能、可控核聚变等新技术有可能实现技术突破,并达到商用化程度,从而对电力系统带来颠覆性的革新,很大程度上解决超高比例新能源接入给电力系统带来的挑战。然而值得注意的是,新技术的突破具有强不确定性,现今上述任一新技术都难以成为解决能源领域问题的可靠方案。

新型电力系统的上述特征既给电力行业的发展注入新的活力,也给电力系统的安全稳定运行带来巨大挑战。在构建新型电力系统时,除了挖掘能源领域本身的技术潜力外,非常有必要博采其他领域的先进技术。

近年来,信息领域的新技术不断涌现,大数据、人工智能、云计算、物联网、虚拟现实等技术快速发展,已经深入到社会的方方面面。电力系统作为一个具有海量数据的复杂系统,有望通过数字化建设,借助新兴信息技术提升资源配置效率、提高风险管控水平,助力突破新型电力系统高比例新能源与高比例电力电子装置的“双高”困境带来的技术难题。

当前,学术界和工业界高度重视电力系统中海量数据的价值,正积极探索基于数据驱动的新模型和新方法在电力系统中的应用。未来,随着“数字新基建”的开展,电力系统的数据量和数据价值将进一步提升,在以新能源为主体的新型电力系统中,数据科学与数字化技术的应用,必将极大促进电力系统的发展,这将体现在以下四个方面:

一是数据驱动,助力破解新型电力系统“双高”难题。在规划层面,数据驱动的规划技术可以考虑多维复杂因素,与实际模型相结合,使规划更具科学性。在运行层面,基于数据的分析技术,可以提高新能源电站的“可观、可测、可控”水平,有助于解决新型电力系统中的电力和电量平衡问题,提高电网对新能源的消纳能力;与基于物理模型的电力系统安全防护体系结合,数据驱动技术可以提高控制保护对低惯量系统的适应性,有助于解决新型电力系统中大量电力电子设备带来的安全稳定控制隐患。