构建以新能源为主体的新型电力系统是通向“双碳”目标的桥梁。国网河北电力以数字化主动电网为载体和抓手,以电网为枢纽平台,以源网荷储为重点,以多能互补为支撑,打造未来城市新型电力系统标杆,探索构建新型电力系统建设路径,积极推动雄安电网向能源互联网升级,助力雄安新区近零碳区建设。
当前,新能源高比例入网消纳面临“双高”“双峰”特性,电力系统运行机理及控制模式均将发生深刻变革。准确把握新型电力系统重要特征,紧抓能源互联网形态和数字化发展转型契机,国网河北省电力有限公司(以下简称“国网河北电力”)提出了数字化主动电网创新构想,以数字化为特色路径、以主动电网为核心载体,推动新型电力系统落地建设,探索出了一条具有河北特色的新型电力系统建设路径。
国网河北电力围绕能源互联网架构体系,构建三个层次协调统一、相互支撑的技术架构,打造指标体系和标准体系,研究编制建设实施方案,明确了推进路径和示范建设场景。深化“主动”理论和实践创新,坚持“业务数字化、数字价值化”为主线,通过数字化手段推动能源网架、信息支撑、价值创造的创新提升,明确了数字化主动电网六大引擎核心内涵。
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能源网架方面,通过主动规划、主动控制驱动绿色城市与坚强电网数字化融合,提升电网运行能力。信息支撑方面,通过主动感知、主动管理驱动业务业态与信息技术数字化融合,提升业务运转效率。价值创造方面,通过主动服务、主动响应驱动多元市场与机制创新数字化融合,提升市场运营水平。
数字化主动电网具备高可靠性供电能力、灵活调节能力和区域源荷高效平衡能力,对分布式能源适应能力强,对推进多能互补最为有利,是构建新型电力系统的最佳载体,为打造源网荷储深度互动、以电为中心的多种能源协同利用的城市级新型电力系统示范提供了实践路径。
以“站园片村”为示范 打造新型电力系统落地实景图
国网河北电力坚持先行先试,由点及面,积极打造数字化主动电网“站点、园区、片区、乡村”四级示范,形成雄安新区新型电力系统示范引领效应。
建设低碳发展“绿能魔方”,实施剧村站点级示范。建成“1+5+X”城市智慧能源融合站(“1”是建成雄安首座城市智慧能源集控站,“5 ”指围绕新发展理念,建设创新、协调、绿色、开放、共享五大功能区,助推“X”种业态融合发展),实现以电为中心,多站、多业态共生发展的能源新样板,犹如从公园中自然生长出的能源中心。
打造优质营商“服务之窗”,实施商务中心园区级示范。以“商务中心看服务”为目标,在雄安新区商务服务中心探索新区供电服务新模式,建设“雄安未来电力服务之窗”。开展交直流公寓、智慧充电站、边缘计算节点、储能等智能基础设施建设,实现源网荷储协调互动。
打造数字引领“智慧新城”,实施容东片区级示范。依托基于“电城融合”的电网规划建设管理平台,实现电网规划与城市规划的数据融合,打造变电站、开关站、台区、综合管廊“四级智慧感知”,建设首条数字孪生综合管廊示范段和首个电缆三维数据中心,形成可借鉴、可复制、可推广的片区级示范经验。
打造美丽雄安“淀中翡翠”,实施王家寨乡村级示范。通过电网升级改造及增配分布式光伏、储能等措施,应用风光储一体化、冷热群调群控等技术,建成了乡村级数字化主动电网,实现了本地风、光资源合理开发利用,清洁电能在终端能源消费占比100%,年减少燃煤2080 吨、减少碳排放5184吨,形成了高品质乡村绿色发展的样板。
以电网为配置平台 支撑保障新能源供应和消纳
未来雄安电网将呈现典型的受端新型电力系统特征,要充分发挥电网在能源传输利用中的枢纽平台作用,提升新能源承载能力,构建全绿电供应体系和清洁用能体系,支持外来清洁电力供应和保障本地清洁能源消纳。
国网河北电力牵头编制河北雄安新区电力专项规划,纳入雄安新区“1+4+26”规划体系(即规划纲要、总体规划、白洋淀生态治理与保护规划、起步区控制性规划、启动区控制性详细规划及26个专项规划)。以链式接线、“双花瓣”等国际领先理念编制了“1+9+N”电网规划体系,构建了电网与城市建设融合发展的规划生态体系。研究制定新型电力系统建设实施方案,将数字化主动电网建设纳入片区控制性详细规划,加快数字孪生电网建设,为新型电力系统建设提供规划蓝图。夯实承载大规模清洁能源受入网架基础,规划建设泛雄安新区坚强可靠500千伏双环网,220千伏双环网、110千伏双侧电源链式、10千伏“双花瓣”等网架结构,构建多源多向区域供电格局,为打造安全可靠新型电力系统奠定基础。
建成张北—雄安特高压工程,打通清洁能源大通道,实现“用张北的风点亮雄安的灯”。加大区外清洁能源受入,提升绿电供应比例。推进电力供应设施建设,形成“就近优先、规模注入、分区消纳”的受电格局,支撑本地清洁能源消纳。高铁站片区绿电示范入选国家生态环境部绿色低碳典型案例,实现新区首笔国际绿证业务。
建成高铁站屋顶4.2万平方米光伏系统,总装机5.97兆瓦,年均利用小时数960小时、发电量580万千瓦时。谋划建设启动区一平方千米新型电力系统示范区,打造能源电力创新实验基地,推动探索多形态分布式微电网建设,将微网纳入新型电力系统,促进多元化源荷即插即用与分布式新能源就地消纳。
以源网荷储协同为重点 推动电网向高弹性高韧性迈进
新型电力系统实质是以新能源为主的电力系统,需提升电网灵活调节能力,打通各环节实现源网荷储互动。
国网河北电力建设新型电力系统智慧大脑,构建“人机融合、群智开放、多级协同、自主可控”新一代调度技术支持系统,打通源网荷储信息交互通道,提升源网荷储协同调控能力。建成投运新一代集控站监控系统,打造数智化智能运检中心,实现电网设备智能监控、在线巡检,全面提升电网智能化水平。设计建设配电网物联网云主站,实施设备状态全面感知,实现分布式能源、电动汽车等大规模灵活接入与智能化高效管理,助力城市低碳运行和新型电力系统构建。
打造泛雄安新区新型电力系统示范,构建以分布式光伏为主的有源配电网综合管理体系,依托保定有源配电网试点建设经验,引导海量可调节负荷资源参与电网运行调控,实现可调节负荷资源丰富聚合。
构建区域性微电网群调群控系统,创新将多形态微电网纳入新型电力系统建设,促进清洁能源就地消纳,推动末端电网与微电网有机统合,提升源荷互动能力。拓展可调控负荷资源,在用户侧、5G基站、充换电站等典型场景,开展“储能+”清洁能源服务,以电化学储能为基础开展电网调峰调频,加快储能发展促进新能源消纳。
以多能互补为支撑 加快电网向能源互联网升级
发挥电网中枢作用,构建“供电+能效服务”体系,积极引导用户参与能源互动,加强多种能源互相转换、联合控制互补利用,打造以电为中心的能源互联网生态,提升终端能源利用效率。
研发城市智慧能源管控系统(CIEMS),打造高度智能化能源控制“中枢神经”,推进以电为中心多种能源协同,实现“电冷热”各类能源系统统一集成数字化管理,提升用户侧能效管理水平。创新开展“两中心、两平台”(综合能源调度中心、雄安绿色低碳服务中心、智能能源管控平台、用户侧碳监测平台)建设,推动综合能源智能管理和源网荷储协调运行。拓展新技术、新模式应用,推进冷热气电等能源多能互补,实现多种能源联合控制,构建能源互联新格局。
成立“‘获得电力’马上办”办公室,创新工作机制,为新区提供“保姆式”能源服务。推进虚拟电厂试点,完成运营平台建设,实现分布式电源聚合响应和能力评估,提升分布式能源消纳能力。推进智能用电与智慧交通融合发展,联合三大电信运营商等打造车路协同示范,有力推动新区绿色交通发展。引导用能领域电能替代,实施“煤改电”配套电网改造,大力推进电动汽车、港口岸电、纯电动船,促进工业、建筑、交通等重点行业电能替代,提升终端电气化水平。
以数字化主动电网为建设路径,雄安新区逐步形成了以电为中心、电气冷热等能源流灵活转换、互通互济的能源发展新模式,探索了建设新型电力系统新路径。实现了电网运行“自主驾驶”,源网荷储“灵活互动”,多元主体“灵活接入”,打造了落实“双碳”目标雄安样板。
作者:
国网河北省电力有限公司 赵峻峰 刘建华 朱俊栋
华北电力大学(保定)经济管理系 卢灿
本文刊载于《中国电力企业管理》(中旬刊)2022年第5期