南方电网建设新型电力系统的创新实践（2023）

中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 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.AllRightsReserved 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擅自使用（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追究法律责任 IntellectualPropertyRightsStatement ChinaSouthernPowerGridistheowneroftheintellectualpropertyrightsofthiswork Anypersonororganizationshallnotutilize(includingbutnotlimitedtoreproduce,distribute transmitordisseminatethroughtheinternet)withoutthepriorwrittenpermissionofthe ownerandwillbeheldlegallyresponsibleotherwisebyChinaSouthernPowerGrid. CCSG2022.AllRightsReserved 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 第一部分新型电力系统的理解和认识 目录contents 第二部分新型电力系统建设面临的问题和挑战 第三部分南网创新实践与实效 CCSG2022.AllRightsReserved 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 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 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，立足我国能源资源烹赋 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。 中华人民共和国中央人民政府 国务院服务中国共产党第二十次全国代表大会 国务院关于印发2030年前碳达峰 行动方案的通知 国发【2021】23号 各省、自治区、直辖市人民政府，国务院各部委、各直属机构 2021年10月24日 CCS 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 坚持新能源占比逐步提高的发展路径，稳步有序推进 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID ·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，坚持新能源占比逐步提高的发展路径，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。 电力碳排放总量 经济成本高合理路径中和难度大 安全保障能力弱 稳步有序推进新型能源体系建设 2060年 十四五”全国大型清洁能源基地外送示意图 CSG2022.AllRightsReserved 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 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 。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的考验；“新型电力系统”是构建“新型能源体系”的决定性因素 ，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6 新型电力系统的理解和认识 （三）新型能源体系的发展趋势 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 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 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 万亿干瓦时。 60%转型期形成期成熟期 49% 50%44%46% 1880% 70%70% 1616 40%60% 32%1415 30% 27% 29% 50%50% 26%121240% 20%18%15%35%30% 13% 10%27% 10%8 20% 丰 7.510% 0%60% —煤电风电光伏 2020年2030年2050年2060年2020年2030年2050年2060年 一全国全社会用电量一终端电气化率 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 （四）新型电力系统“三大形态 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 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。 CCSG2022.AllRightsReserved9 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 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 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.AllRightsReserved10 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 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 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 新型电力系统主要形态新型电力系统主要挑战 多能协同互补源网荷储互动多网融合互联电力可靠供应系统安全运行电能经济供应 大规模海量数据接入超快速实时运算超丰富应用场景 广泛连接数智驱动开放共享 应用层 数字规划数字调度数字基建 数字营销数字生产数字安监 数字电网 网 物理电- 平台层数据中心物联网企业级中台人工智能平台云平台 网络层5GIPV6光纤通信电力载波 感知层智能终端微型传感器 CCSG2022.AllRightsReserved11 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 第一部分新型电力系统的理解和认识 目录Contents 第二部分新型电力系统建设面临的问题和挑战 第三部分南网创新实践与实效 CCSG2022.AllRightsReserved 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 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 源网荷储 火电为主交流网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 稳定性、易预测集中式、抽水蓄能为主 数量少、高电压等级接入功率自然分配 间歇性、波动性、小功率转动惯量小、动态响应快 随机性、难预测 大规模、分布式 数量多、多电压等级接入稳定水平降低原理各异大量新型储能 风电、光伏输电装备多样化电动汽车、分布式新能源多类型储能 新型电力系统 新型电力系统显著特征 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 CCSG2022.AllRightsReserved13 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 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 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 传统能源行业的“不可能三角 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 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、 运行控制等各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 CCSG2022.AllRightsReserved14 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、不可控无法匹配负荷变化，新能源出力高时常规机组升机降低，增加系统频率稳定风险；而新能源续多天低出力则将对电力持续供应 产生严重影响 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID CCSG2022.AllRightsReserved15 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 新能源发电的特性 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 看天吃饭”：出力取决于来风和光照等自90% 随机性 然条件，具有较强的不确定性，且对极端天8 口80% 一 70% 随机性 气的耐受能力弱，常规电源配置需求依然大出一 60% 50% 力8一 meas 40% 30% 20% 波动性 时高时低”：相邻时段出力变化大且不可控，系统灵活调节能力吸需加强 (MW 2 口10% 波动性 时有时无”：光伏的昼夜特性，风电存在 间歇性连续多天的低出力现象，影响系统持续供电020406080 能力，备用电源配置需求大间歇性 时段(15分钟) CCSG2022.AllRightsReserved16 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 中