南方电网建设新型电力系统的创新实践2023

中国南方电网 南方电网建设新型电力系统的创新实践 李岩 南方电网公司首席专业技术专家 2023年3月，武汉 CCSG2022.AllRigheRoerval 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 知识产权声明 南方电网公司拥有本作品的知识产权，未经南方电网公司书面许可，任何单位和 个人不得撞自使用（包括但不限于复制、发行、转载、通过信息网络传播等），否则， 南方电网公司将依法遍究法律责任。 IntellectualPropertyRightsStatement ChinaSouhernPowerGridistheowneroftheimellecttalpnoperlyrighisofihiswonk Arypersonororgonizarionshiallnotarilize(inicladingbufnorlimitedforeprodhurce,distribufe, fronsmifordissemnafe/hnoug/rheineme)withoufthepriorwriffetpermissioroft/he owreranidwtllbeheldTegalyresporsibieorherwisebyChtaSoutherPomerGnid. oCSG2022.AllRighsReserved 中国南方电网 第一部分 新型电力系统的理解和认识 第二部分 新型电力系统建设面临的问题和挑战 目录 CONTENTS 第三部分 南网创新实践与实效 CCSG2022.AllRiglexReoseval 一新型电力系统的理解和认识 （一）国家对能源体系和新型电力系统的战略部署 丰中国南方电网 2020年9月，习总书记在第七十五届联合国大会上向国际社会作出 “碳达峰、碳中和”的郑重承诺 2021年3月，中央财经委员会第九次会议提出构建清洁低碳安全高效的能源体系，首次提出要构建新型电力系统。 2022年，习总书记在党的二十大报告提出，立足我国能源资源享赋 坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，加快规划建设新型 能源体系。 一、新型电力系统的理解和认识 （二）对新型能源体系内涵和特征的认识 坚持新能源占比遂步提高的发展路径，稳步有序推进 丰中国南方电网 ·大力发展新能源是实现能源独立、保障能源安全的重要举措。从能源亮赋看，我国太阳能和陆上风能蕴含巨大的开发潜力。需立足以煤为主的基本国情，推动煤炭和新能源优化组合，坚持先立后破，加 大力度统筹新能源开发和利用，坚持新能源占比遂步提高的发展路径，加快构建多元化清洁能源供应。瞄定大规模新能源基地和送出通道建设，加快推进新能源大规模建设和集中外送，确保在2030年碳达 峰前集中力量构建起新能源大规模可用、传统能源后备充足的能源保障体系。 安全保牌能力用 合理路经中阳座大 2060年 稳步有序推进新型能源体系建设“十四五”全国大型清洁能源基地外送示意图 oCSG2022.AllRightxReseryed 一、新型电力系统的理解和认识 （二）对新型能源体系内涵和特征的认识 建设新型电力系统是构建新型能源体系的重要支撑 丰中国南方电网 新型电力系统贯通各种能源类型，连接供给侧和需求侧，是新型能源体系的重要枢纽和平台；其发展水平是衡量新型能源体系发展质量的核心指标，其面临的难题和挑战是构建新型能源体系最关键 。电力系统覆盖全国空间范围大、新能源的波动和消纳涉及多个时间尺度：既要保证电力的可靠供应又要保证新能源的基本消纳，还要保证双高电网的运行安全，更要保证端牢能源饭碗的能源安全 绿色替代：一次能源转换为电能的比重电能替代：电能占终端能源消费的比重 45% 55% 85% 2020年 2030年 2060年 27%35%70% 2020年2030年2060年 数据来源：中国能源研究会构建新型电力系统研究报告》，2022年 一、新型电力系统的理解和认识 （三）新型能源体系的发展趋势 丰中国南方电网 口在支撑经济持续发展的同时实现“双碳”自目标，需要持续提升非化石能源比重。 ，预计我国能源消费峰值将在2040年前后出现，约63亿吨标准煤，非化石能源消费比重达到44%以上 随若单位GDP能耗逐步降低，预计2060年我国能源消费总量将稳定在约58亿吨标准煤，非化石 能源消费比重达到80%以上 6c 40 全国能源消费需求发展趋势全国能源消费结构发展趋势 o数据来源：《关于煤炭消费在碳达峰碳中和进程中的路径选择和政策保障研究报告》，中财办委托研究课题，2022 新型电力系统的理解和认识 （三）新型能源体系的发展趋势 口新能源规模提升、电源结构发生变革，终端用能电气化水平逐渐提升。 丰中国南方电网 预计2020-2060年，风电、光伏等新能源发电装机规模由25%提升至75%，成为主体电源：煤电装机由49%逐步下降至10%左右，向基础保障性和系统调节性电源并重转型。 预计2020-2060年，我国终端电气化率由27%提升至约70%，全社会用电量将由8万亿提升至约16 万亿千瓦时。 60% 49% 转型期形成期 50%46%1800% 40 32% 2027% 29% 1670%70% 40% 20% 10% 0% 18915% 10%27% 35% 10% 0% 20204203042050年20604年 2020年2030年2050420601年 全国全业用电： 全国电源结构发展趋势全国全社会用电量和终端电气化率发展趋势 数据来源：关于煤炭消费在碳达蜂碳中和进程中的路径选择和政策保障研究报告》，中财办委托研究课题，2022 一、新型电力系统的理解和认识 （四）新型电力系统“三大形态 丰中国南方电网 多能协同互补口统筹用户冷、热、气、电等各类用能需求，通过风光水火储多能互补、冷热气电联供等方式，互补利用传统能源和新能源，促进可再生能源消纳提高能源综合效率。 源网荷储互动口通过源网荷储各环节紧密耦合，更为经济、高效和安全地提高电力系统动态平衡能力，促进供需精准平衡，保障电力可靠供应。 多网融合互联口构建基于电力系统的能源枢纽平台，实现大电网与微电网、电网与车联网、冷热气等其它能源网络、工业互联网的柔性互联、融合发展。 口推动能量流、数据流、价值流深度融合，构筑绿色、高效、开放的现代能源生态体系，深度融入和服务数字政府、数字经济和数字中国。 OCSG2022.AllRightxReseryed 一新型电力系统的理解和认识 （五）数字电网是支撑新型电力系统的关键载体 数字电网的内涵 丰中国南方电网 口数字电网是超级物联网。集成了先进数字技术与电网技术，实现了源、网、荷、储横向互联和 人、机、物纵向互通， 口数字电网是多功能平台。是能源电力的核心枢纽平台，构建了数据流、能量流、价值流“三流 合一”的数字生态平台。 数字电网的特征 口广泛连接。传感终端遍布源网荷储，信息通信网络全域覆盖海量物联终端。口数智驱动。数据优化电网生产运营，人工智能促进电网高效、科学决策。 口开放共享。纵向连接发电侧和负荷侧、横向集结能源生态圈，设施共享、数据共享、成果共享。 cCSG2022.AllRighexRoerval 新型电力系统主要形态 新型电力系统主要排战 多能协同互补 通网荷信互动 多网融合互联 电力可靠供 系悦委全运行 电经济供应 新型电力系统的理解和认识 （五）数字电网是支撑新型电力系统的关键载体 丰中国南方电网 数字电网是支撑新型电力系统的关键载体，体现在：一是支撑新型电力系统形态的构建，二 是解决新型电力系统面临的三大挑战。 大规模每量数据能入 超快速实时运算 超丰富应用场景 广泛连接 物 应用层 数字电网 电 网 理 + 平台层 网络层 感知层 数普暖动 数字提划 教字营销数据中心 5G 开放共享 物联用 数字调度 数字生产 企业级中台 教字基座 数字安监 人工智解平台云平台 IPV6 光纤酒信 电力器装 德型传感器 cCSG2422.AllRighsRoserved 中国南方电网 第一部分 新型电力系统的理解和认识 第二部分 新型电力系统建设面临的问题和挑战 目录 CONTENTS 第三部分 南网创新实践与实效 CCSG2022.AllRiglexReoseval 新型电力系统建设面临的问题和挑战 （一）新型电力系统面临新问题和新挑战 丰中国南方电网 源网荷储 火电为主交流同架为主冲击性负荷少传统储能 传统电力系统 稳定性、规律性、大功率转动惯量大。动态响应慢数量少高电压等级接入功率自然分配 稳定性、品预测集中式、抽水蓄能为主 (间激性、波动性、小功率转动费量小，动态确应快、 数量多多电压等级接入隐定水平降低 大规模、分布式 随机性，难预测 原理各异大量新型储能 风电、光伏输电装备多样化多类型储能 新型电力系统 新型电力系统显著特征 oCSG2022.AllRightxReseryed 新能源占主体海量多类型设备分布式多层级接入高度电力电子化规模体量、结构复杂度急剧增加高度不确定性高频动态特性 新型电力系统建设面临的问题和挑战 （一）新型电力系统面临新问题和新挑战 丰中国南方电网 构建新型电力系统面临新的挑战1.电力可靠供应面临挑战 不同时间尺度供需平衡调控难度大幅增加 新能源资源评估与发电预测、大范围资源配置、长周期 规模化储能等要求更高 传统能源行业的“不可能三角 2.电网安全运行面临挑战 安全新能源大规模接入电网后，电力系统转动惯量和无功电 压支撑能力降低，系统抗扰动能力变弱 电源侧及负荷侧设备数量多、分布广，设备数据、气象、 运行控制等类信号数达到亿级量级 3.电能经济供应面临挑战 低碳新能源能量密度小、利用小时数低，需要配置大规模储能、 经济灵活调节电源、支撑保障电源以应对安全可靠供电的影响， 将显著增加系统亢余度 OCSG2022.AllRightxReseryed14 二、新型电力系统建设面临的问题和挑战 （二）电力可靠供应面临挑战 新型电力系统中，电力保障难度加大 传统电力系统：以可控常规机组为主体，发电能力能够匹配负荷变化。以煤电为例，只要燃煤供应充足，可以保持长时间连续满功率运行。因此，电力保障的重点是保证最高负荷时段的电力平衡 新型电力系统：以新能源为主体，发电出力受自然条件影响、不可控且无法匹配负荷变化，新能源出力高时常规机组开机降低，增加系统频率稳定风险；而新能源连续多天低出力则将对电力持续供应产生严重影响 cCSG2a22.AllRighxRoeryad 丰中国南方电网 新型电力系统建设面临的问题和挑战 （二）电力可靠供应面临挑战 丰中国南方电网 新能源发电的特性 随 1 随机性 “看天吃饭”：出力取决于来风和光照等自然条件，具有较强的不确定性，且对极端天气的耐受能力弱，常规电源配置需求依然大 8 2 波动性 “时高时低”：相邻时段出力变化大且不可 控，系统灵活调节能力亟需加强 出R(MW) 波动性 3 间歌性 “时有时无”：光伏的虽夜特性，风电存在 连续多天的低出力现象，影响系统持续供电 能力，备用电源配置需求大 20 80 间歇性 时段（15分钟） CCSG2022.AllRigheRoenval 新型电力系统建设面临的问题和挑战 （二）电力可靠供应面临挑战 1.随机性：新能源出力取决于风速、太阳辐射等自然条件 丰中国南方电网 “看天吃饭”：在任何时段，新能源理论出力可能是[0%，100%]额定功率之间的任意值 500 光照强度影响 400 光伏发电 00 风速影响 1508921 330160 发电机 1000 800 ACo DC 负荷 400 -12点 逆变器/变压器 200 风电 60 180210:240270300330360 电池储能 广东某光伏电站早上8点和中午12点全年逐天光照情况 oCSG2022.AllRightxReseryed 二、新型电力系统建设面临的问题和挑战 （二）电力可靠供应面临挑战 丰中国南方电网 2.