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中國科學院院士周孝信:以數字化推動源網荷儲協調發展

2021-05-18 17:48:10
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“以新能源為主體的新型電力系統,它比我原來提出的新一代電力系統要求更高。”5月14日,中國科學院院士周孝信在江蘇家中接受南網傳媒記者采訪,就新能源發展、數字化技術等分享觀點。他表示,南方電網公司發布的《南方電網公司建設新型電力系統行動方案(2021-2030年)白皮書》,為數字化與新型電力系統的緊密結合提供了一體化的行動方案,具有南方電網的特點,建議以數字化推動源網荷儲協調發展,加強先進儲能技術研發,創建新型電力系統的理論和技術體系,助力“雙碳”目標實現。

新型電力系統是能源電力可持續發展的大方向

記者:您在幾年前提出的“新一代電力系統”,與“以新能源為主體的新型電力系統”有不少共通之處,請問電力系統發展經過了哪些階段?目前呈現出什么特點?

周孝信:2013年我在《中國電機工程學報》上發表文章提出了“三代電網”的概念。第一代電網,指20世紀前50年,低電壓、小機組、小電網為主的電力系統發展初級階段。隨著第二次世界大戰結束后全球經濟恢復和新中國成立,尤其是中國改革開放以來,經濟發展對電力的需求急速增加,電網和相關技術的發展發生巨大變化,大電網、大機組、超/特高壓交直流輸電組成了第二代電力系統的大格局,但第二代電力系統的電源結構主要基于化石能源,面對其進一步發展對環境的嚴重污染和日益嚴重的全球氣候變化的危機,這種模式難以持續。第三代電網即新一代電力系統,始于本世紀初期,是以可再生能源和低碳清潔能源發電為主,是大機組和中小機組相結合,大電網和中小電網以及微電網并存的新時代,是可持續的能源電力發展新模式。

對于新一代電力系統,我從技術上概括了它的四個主要特征:高比例可再生能源電力系統、高比例電力電子裝備電力系統、多能互補綜合能源電力系統、信息物理融合的智慧能源電力系統。現在看來,這些特征與新型電力系統有不少共通之處,而新型電力系統是以新能源為主體,要求更高。在碳達峰、碳中和大背景下,加快構建以新能源為主體的新型電力系統,具有很大的挑戰性,但這是人類利用能源電力可持續發展的大方向。

制氫儲能是新型電力系統應對中長周期能源電力波動確保供應安全的重要保障

記者:以新能源為主體是新型電力系統最為顯著的特征,如何應對大規模新能源接入給電網帶來的影響?

周孝信:面對新一代電力系統的構建,我提出了六類具有全局性影響的關鍵技術。其中三類是“安全高效低成本長壽命新型儲能技術”、“清潔高效低成本氫能生產儲運轉化和應用技術”和“數字化、人工智能和能源互聯網技術”。由于新能源發電波動性和間歇性強,大量接入電網會直接影響電力系統的安全穩定運行,這是需要全人類共同攻克的難題。儲能則可以很好地平衡新能源的波動。我國自上世紀六十年代開始開發建設抽水蓄能電站,隨著我國新興能源的大規模開發利用,目前抽水蓄能電站的配置已由過去側重于用電負荷中心逐步向能源基地、送出端和落地端等多方面發展。近年來以化學電池為主的新型儲能裝置在電力系統中快速發展,未來將與抽水蓄能電站一起成為應對新能源短周期波動性間歇性的主要措施;但對風電光伏發電等受異常天氣變化影響的中長周期功率和能量波動來看,清潔制氫和儲氫將是最為經濟有效的方式,即利用可再生能源制氫,將隨時變化不可控的清潔電力轉化為可儲存、便于運輸的綠色液體氣體燃料和化工原料,這既是對可再生能源的充分利用,又能通過儲氫和氫轉化產品(甲烷、甲醇等)成為應對新能源中長周期波動的備用清潔能量來源,還可以在電網運行中通過調節電解水裝置等給電網帶來新的靈活性調節手段。從這個意義上看,制氫、儲氫和用氫,應該是未來新型電力系統的重要組成部分。當前,我們要充分利用新能源占比逐步提高過程的時間窗口,進一步研發制氫儲氫和氫轉化技術,提高效率,降低成本,為未來新型電力系統的安全可靠穩定運行做好充分準備。

數字化推動源網荷儲協調發展

記者:建設新型電力系統刻不容緩,南方電網公司在近期發布了《數字電網推動構建以新能源為主體的新型電力系統白皮書》《建設新型電力系統行動方案(2021-2030年)白皮書》,請問您對此有什么建議?

周孝信:這兩本新的《白皮書》將數字化和新型電力系統結合得非常緊密,從概念理念到目標任務,提供了一體化的行動方案,都具有南方電網的特點。

數字化改革不是為了數字化而數字化,是為了解決電網、電力系統存在的問題。特別是當新能源的比例越來越高時,需要充分運用數字化、信息化手段來推動源網荷儲協調發展,以應對新能源發電出力的波動性、間歇性,以及新型電力系統規劃設計、調度運行、保護控制等方面的一系列難題。其中,數據的實時性、可靠性和完整性是應用的前提。為此,我們要加強基礎理論研究,攻克關鍵技術,創建新型電力系統的理論和技術體系,為實現可持續發展作出能源電力行業應有的貢獻。

記者:在建設新型電力系統的實施過程中,您認為還需考慮哪些方面?

周孝信:一是增強新型電力系統的韌性。電網的韌性,是指能夠全面、快速、準確感知電網運行態勢,協同電網內外部資源,對各類擾動做出主動預判與積極準備,主動防御,快速恢復重要負荷和電網正常運行的能力。增強電網的韌性,也是電網數字化要解決的重要問題。在構建新型電力系統的過程中,要高度重視解決可能遇到的各種各樣自然災害影響,或是一些無法預估的運行風險,將其納入構建新型電力系統的規劃設計和研發工作中。

二是協同發展。南方電網供電區域內既有經濟發展比肩世界一流灣區的粵港澳大灣區,也有自然條件惡劣的西部欠發達地區。如何帶動薄弱環節同頻共振,因地制宜建設促進欠發達地區發展的新型電力系統,讓所有人共享構建新型電力系統的發展成果,也是我們要密切關注的。


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