2024新型电网和新型电力系统的技术思考报告

中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 新型电网和新型电力系统的技术思考 李立 2024.08.17南京 目录丰中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 前言--背景 一、新型电力系统的核心要义 、新型电网是新型能源电力体系的核心--技术思考 三、电网的数字化智能化--透明电网 结语 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 前言-背景 2 前言背景 10年来能源电力的重大战略 丰中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRIE 能源革命2014年6月习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出能源革命的战略思想。 清洁低碳安全高效的能源体系2015年党的十八届五中全会首次提出建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。2017年党的十九大报告指出，要推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。 到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。 新型电力系统2021年3月中央财经委员会第九次会议提出，“实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系 统“。 分布式智能电网2022年4月中英财经委员会第十一次会议提出“要加强交通、能源、水利等网络型基础设施建设，把联网、补网、强链作为建设的重点，着力提升网络效益”，”发展分布式智能电网，建设一批新型绿色低碳能源基地”。 新型能源体系2022年10月习近平总书记在党的二十天报告提出“深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加大油气资源勘探开发和增储上产力度，加快规划建设新型能源体系”。 2023年7月11日，习近平总书记在中央全面深化改革委员会第二次会议上，强调要深化电力体制改革，加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、 供需协同、灵活智能的新型电力系统 2024年2月29日，中共中央政治局就新能源技术与我国的能源安全进行第十二次集体学习。习近平总书记指出，我国能源发展仍面临需求压力巨大供给制约较多、绿色低碳转型任务艰巨等一系列挑战。应对这些挑战，出路就是大力发展新能源。推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建 设，提高电网对清洁能源的接纳、配置和调控能力 3 前言--背景 能源革命 双碳目标 主要的核心 中国南方电网 丰 CHINASOUTHERNPOWERGRID 构建以新能源为主体的新型电力系统 加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统 应对这些挑战，出路就是大力发展新能源。推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建设提高电网对清洁能源的接纳、配置和调控能力。 前言--背景 新能源原迅猛发展 中国南方电网 丰 CHINASOUTHERNPOWERGRIC >2023年，全国新增风光等新能源装机2.93亿千干瓦。 >截止2024年3月底，全国发电装机容量29.9亿千瓦，其中太阳能发电装机容量6.6亿千瓦、风电装机容量4.6亿干瓦、风光装机总容量达到11.2亿干瓦。预计十四五”全国新能源装机超过15亿千瓦。 >随看沙戈荒天能源基地开发、海上风电开发、分布式光伏发展，我国风光新能源发展势头不减。 >新能源发展的意义在于减少对传统化石能源的依赖，提高能源安全，促进经济增长，保护环境，实现可 持续发展。 >技术挑战：电网安全挑战，消纳挑战，，， 丰 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 一、新型电力系统的核心要义 6 新型电力系统的核心要义 以新能源为主体的新型电力系统 丰中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 新能源为主体 新型电力系统支撑实现双碳自标 实现双碳自标能源原是关键，发展可再生能源是根本 能源供给侧脱碳清洁能源逐渐成为主力能源，化石能源逐步减少。光伏 、风电将成为新增能源主力军 构建清洁低碳安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统 新型电力系统的核心要义 以新能源为主体的新型电力系统 丰中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 新型电力系统概念情景对应于2060年碳中和 终端电能消费大幅度提升，到2060年，达到70%左右。 除了以电能作为直接能源外，自前尚未使用或者大规模使用电力的工业等 广域电气化领域将广泛使用电能 电成为主力电能多元化转换（Electricpower-to-X）（PowerFuel,PF） 电能多元化转换 (Electricpower-to-X) 例如，电解水制氢，氢用于交通、工业的能源等：铁路电气化水平提高： 电动汽车普及，电炉炼钢等等 电能除了直接使用，还间接制造能源，称为广域电气化，广域电气化背景 下电能将在能源中占90%左右 源、网、荷、储、电能多元化转换协调互动，新型电力系统柔性化发展。 8 新型电力系统的核心要义中国南方电网 CHINA 双碳自标下的新型电力系统概念情景 >电网形态：大电网+主动配电网+微电网 配电网与分布式电源协同发展，形成分布式配电网 >高渗透率接入新能源将深刻改变传统电力系统的形态、特性和机理 >建立基于数字化智能化的透明新型电力系统 >电力系统从刚性转变成柔性可控，智能灵活 >可以“无条件”接受新能源 >系统有“无限大”的功率、“无限多”的能量 >系统的安全稳定依靠功率的动态平衡、能量的动态平衡：动态平理论 >建立新型故障防御体系和故障分析理论 >犹如现在的配电网系统 6 新型电力系统的核心要义 新型电力系统的特征 丰中国南方电网 1、动态特性 传统电力系统，动作时间常数大（秒-分钟级），“慢速”的系统机电特性，稳定性高 新型电力系统，电力电子弱惯性特点，动作时间常数小（微秒级），频域分布厂（DC-数百Hz），波动性和随机性强 2、安全稳定理论 传统电力系统，机电同步过程，模型等效，基于机电转动惯量的稳定理论 新型电力系统，数据同步过程，数据驱动，基于数字化的信息与物理系统融合，基于电力电量的实时平衡的系统平理论 3.系统规模特征 传统电力系统，集中式，单体规模大（100MW级）数量较少新型电力系统，分布式，单体规模小（kW/MW级），数量庞大4、系统形态和生态 传统电力系统，面向功能、界限分明，以模型和预测为核心的仿真系统，面向集中式架构，存在功能割裂、信息封闭、技术受 限的问题 新型电力系统，“源网荷储融合变换，能量和信息”交织互动，基于全局的数据是电力系统研究纽带和基础 10 新型电力系统的核心要义 丰中国南方电网 5、负荷侧格局和用户 传统电力系统，负荷可预测可计划，相对稳定，用户是电力消费者 新型电力系统，负荷侧包括新能源和储能，客户从单纯的消费者转变为“生产者+消费者”，负荷不确定性强，用户融入系统 6.系统安全 传统电力系统，确定性强，功能单一，易控制 新型电力系统，不确定因素多，功能复杂，构建系统和元件的新型网络安全体系 7、电力系统架构 传统电力系统，大电网，同步电网 新型电力系统，能源电力一体化，厂域电气化，大电网+主动配电网+微电网 8、新型电力系统的数学化、信息化、智能化一透明电力系统 传专统电力系统，依靠模型，看眼于物理电网本身特性 新型电力系统，不完全依赖电网模型，数字数据海量，动态变化：以软件计算为基础 11 新型电力系统的核心要义中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID CO2捕集分离装置 烟气 广域电气化能源电力系统 CO2与H2合成甲醇、甲烷装置 H2 CO2甲醇 甲烷 电解水制氢H2 装置氢燃料电池 电 中 燃煤发电 电炉炼钢等 电动汽车 电W（储能） 风光新能源发电 电力系统12 目录丰 中国南方电网 CHINASOUTHERNPOWERGRID 二、新型电网是新型能源电力体系的核心--技术思考 13 新型电网是新型能源电力体系的核心 丰中国南方电网 新型电网是新型电力系统和新型能源体系的核心 新型能源体系的核心是发展新能源 新型能源生产电力化，能源消费电力化新能源的利用以电的形式为主要载体 电力是每家每户不可或缺的能源，是推动经济和社会发展的支柱电力可以全面反映人类社会生产生活方式和发展诉求 新能源的消纳和利用依靠新型电网 新型电网作为能源转换利用和输送配置的纽平台，是新型能源体系的核心环节 14 新型电网是新型能源电力体系的核心 丰中国南方电网 “构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的的新型电力系统” >构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电网“推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建设，提高电网对清洁能源的接纳、配 置和调控能力。” >电网形态：大电网+主动配电网+微电网 >大电网：500kV为主网架：下网络密集，柔性、畅通、支撑，， >配电网：有裕度，强承载，灵活、互动，市场化；融合主电网和用电系统，， >微电网：以用户为主体；有电力电量自平衡能力；有独立运行能力；智能化，， >电网功能：可以“无条件”接受新能源 15 新型电网是新型能源电力体系的核心 传统电网技术的理论基础 基础理论 潮流计算，电流、电压、功率 功角稳定，发电机与电网的同步运行状态 电压稳定，电压保持在合理区间频率稳定，频率保持在合理区间热稳定，电流不超过限定值 研究与控制方法 模型驱动，仿真科学 通过数字仿真研究和认识电网运行规律，预测风险离线分析、提前决策、在线控制 中国南方电网 丰 POWERGRIL 16 新型电网是新型能源电力体系的核心 未来电网技术变革的方向 基础技术和理论 传感技术、信息通信技术、软件系统技术数据分析理论 高性能计算 现代控制理论 人工智能 研究与控制方法 数据驱动、计算科学 买时自然展示、评估状态，发现风险，调整最优在线分析、实时决策、即时控制 中国南方电网 丰 CHINASOUTHERNPOWERGRID 电网本质安全17 新型电网是新型能源电力体系的核心 未来电网技术驱需变革 中国南方电网 丰 CHINASOUTHERNPOWERGRI 口电网变革：大电网与微电网协调发展，可再生能源、电动汽车等新型负荷大 规模接入电网 口负荷变革：用户侧与主网互联互通，负荷侧管理、削峰填谷自如 口电力设备变革：传感器、二次设备、一次设备一体化，电力电子化，智能化设备广泛应用 口信息化变革：云大物移智广泛运用，设备状态、运行状态、市场状态透明处处可见、可知、可控 未来电网内部的设备复杂性，结构复杂性以及外部的环境复杂性都大幅增加！电网技术如何适应和驱动电力电网变革？ 18 新型电网是构建新型电力系统的内在需求 丰中国南方电网 新型电网的主要内涵： 近峰值水平，支撑高比例新能源并网消纳：新型电网全面柔性化发展，常规直流柔性化改造、柔性交直流输电等新型输电技术厂泛应用，支撑“大电网”与“分布式智能 电网”的多种电网形态兼容开蓄 口能源电力技术深度融合：新型电网稳步向柔性化、数字化、智能化方向转型，数字化 智能化技术广泛应用：基于大数据、云计算、5G、数学李生、人工智能等新兴技术智慧化调控运行体系加快升级，满足新能源发电、储能、多元化负荷发展需求 口电力与能源输送合协同：新型电网是新型能源电力体系的核刻心，能够进行多形态 多主体的能源电力协同互动，实现天范围柔性互联、新能源广域时空互补、多类型电 源电力互济。 19 新能源发展需要加速构建新型电网 中国南方电网 丰 POWERGRIL 新能源发电易受自然条件影响，需要加速构建适应新能源快速发展的新型电网 深入推动能源电力体制机制创新，使得新能源发电发得出、并得上、用得好，有力 保障电力安全可靠供应。 口以超高压输电线路为骨干网架 口以各级电网为有力支撑 口以“大云物移智链”等现代信息技术为驱动 口以充分适应大规模高比例新能源发展为目标口以数字化智能化为发展路径 20 新型电力系统的技术思考 丰中国南方电网 1、从技术上看新能源（风、光）的波动性、间歇性、随机性 2、以新能源为主体新型电力系统的理论 3、电力运行稳定问题的技术思考 4、电力运行的电力平衡问题的技术思考 5、电力电子技术的作用，不仅仅是挑战 6、安