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        構建新型電力系統 主動支撐“雙碳”目標

        發布時間:2022-09-01 瀏覽數:2

        8月12~19日,2022國際工程科技發展戰略高端論壇暨第七屆紫金論電國際學術研討會在江蘇南京舉辦。研討會由中國工程院主辦,中國工程院能源與礦業工程學部、國網電力科學研究院有限公司(南瑞集團有限公司)等承辦,在主論壇以外設9個分論壇。與會專家學者圍繞“電力系統主動支撐碳達峰碳中和目標”主題,就新型電力系統構建、電力系統安全運行等領域最新研究成果展開交流,加快推動能源電力科技創新。

        電力系統是能源轉型主戰場,應將系統觀念貫穿支撐“雙碳”目標全過程

        2020年9月,我國明確提出力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和。我國是世界上最大的能源生產國和消費國,2021年,清潔能源發電裝機超過11億千瓦,占比達47%;年發電量突破3萬億千瓦時,占比達35%,能源結構持續優化。

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        在此次研討會上,專家學者一致認為,實現碳達峰碳中和是一場深刻的能源變革、技術變革、產業變革和社會變革,能源電力行業既要保障供應安全,滿足經濟社會發展需要,又要實現全面綠色轉型。

        中國工程院院士、中國工程院院長李曉紅表示,能源轉型要做好節能提效和兜底應急,要號召社會各界踐行綠色低碳理念,大力發展節能技術,做好化石能源兜底應急,在保障經濟社會有序運轉和能源資源供應安全的前提下,梯次有序推動實現碳達峰碳中和。

        專家學者一致認為,作為能源轉型的主戰場和主力軍,電力系統需要堅持立足國情、先立后破,統籌發展和安全,將系統觀念貫穿支撐碳達峰碳中和目標全過程。必須錨定“雙碳”目標,按照安全可靠、經濟高效、綠色低碳、創新引領等發展要求,把握好推進能源電力轉型的著力點??傮w而言,要從兩端發力,在電力生產側實現清潔化,打造深度低碳零碳電力系統;在能源消費側實施再電氣化,建設高度電氣化社會。

        為服務“雙碳”目標落實,新型電力系統建設持續推進。中國工程院院士、國網電力科學研究院名譽院長薛禹勝在研討會上提出:“新型電力系統主動支撐能源轉型及‘雙碳’任務的優化是典型的復雜問題,涉及多學科、多尺度、高維時變非線性的時空物的動態交互?!?/p>

        在本次紫金論電“復雜系統認識論的探討”專場活動上,薛禹勝首次發布他的最新研究成果——整體還原論,在傳統的、各自成體系的整體論與還原論兩種思維模式之間架起一座橋梁。他將這項理論作為認識和研究復雜系統需要具備的科學思維和系統觀念,以及開展創新工作所要遵循的根本邏輯。

        他認為,新型電力系統的“新”在于必須自適應各相關領域中的外部狀態和偶然事件中的大量強不確定性、協調大量異型的廣域控制措施,以及滿足不同領域的多目標優化需求。目前,他正帶領團隊在能源的信息物理社會系統(CPSSE)框架下開展自適應停電防御系統和生態變革路徑優化等科學問題的研究和核心技術攻關。

        能源轉型引領科技革命和產業變革,能源電力企業要進一步激發創新發展動能

        當前,能源轉型引領著全球新一輪科技革命與產業變革?!半p碳”目標下,傳統能源產業持續優化升級,清潔發電、電化學儲能、新能源汽車、碳捕集利用與封存、生物質能-碳捕集與封存、氫能等新技術新產業快速發展。

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        參加本次研討會的專家學者普遍認為,能源電力企業要抓住全球科技產業變革歷史機遇,進一步激發能源創新發展新動能,瞄準能源領域原創性、引領性、顛覆性技術,推動跨領域、跨學科的協同創新,更好地引領未來全球能源轉型變革。

        專家學者圍繞新型電力系統分析與運行控制、面向碳中和能源互聯網的先進優化與控制方法、電動交通與電網融合等具體技術課題,開展了充分的交流研討。

        國家電力調度控制中心主任李明節在主旨演講中深度分析了新型電力系統構建高度依賴的仿真技術。他表示,新型電力系統對仿真維度、深度、廣度和精度提出了更高要求,同時,高性能計算、云計算、人工智能等信息通信新技術的出現為研發更先進的仿真技術提供了支撐。國家電網積極構建以全維度、全場景、全要素、全過程為特征的新型電力系統仿真體系,以仿真技術引領新型電力系統科學構建。

        本次研討會分論壇之一“碳視角下的電力系統規劃與運行研討會”提出,要突破一系列針對源、網、荷、儲各個環節的支撐性技術,從規劃到運營、從發電側到用電側,推動構建功能強大、運行靈活、更有韌性且可持續發展的新型電力系統。

        中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高認為,新能源革命的主體是新能源動力系統和新能源電力系統,二者的共同技術難點和共性核心技術都是儲能技術;以儲能技術為抓手推動能源轉型和新型電力系統建設,是新能源革命的重要技術路徑。其中,電化學儲能和氫能是最有前景的儲能方式。以鋰離子電池為主的電化學儲能適用于短周期、小規模的場景;氫能適用于長周期、大規模的場景。

        他表示,基于成本競爭力的儲能技術分析表明,電化學儲能和氫能在2030年后在多數頻域時段具有競爭優勢,車網互動分布式儲能將具有巨大的應用潛力。2040年,我國電動汽車的電池總容量約為200億千瓦時,車網互動技術將成為一種新型電網儲能方式,相比于固定式儲能電站,具有成本低、安全性高的優勢。

        專家學者還在“電動交通與電網融合”分論壇上進一步研討了“雙碳”目標下車網互動技術的進展,分析了電網融合和充電設施的發展現狀等。

        持續提升能源電力安全防控能力,守牢電力安全可靠供應底線

        推動能源轉型須以保障能源安全為前提。與會專家紛紛表示,必須全方位強化科技創新,持續提升能源電力安全防控能力。

        中國工程院院士、湖南大學教授羅安在研討會上提出,2035年前是新型電力系統的建設期,既要全面加快轉型,也要保障轉型過程中電力安全可靠供應,同時還要加快顛覆性技術創新,支撐新型電力系統建設需要。

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        他在主旨演講中介紹了新型配電網智能檢測面臨的三大技術挑戰,以及開環磁調制電流檢測和閉環磁調制零磁通檢測原理,闡述了高精度、寬量程、寬頻帶檢測的實現過程,并結合芯片化技術重點闡述磁調制檢測技術在直流漏電檢測、電能質量在線診斷方面的應用。他指出,自主研發智能化傳感芯片、處理芯片和微型化檢測模組,并應用到智能斷路器中,可為精益化管控新能源電源大規模接入配電網提供有效的技術手段。

        大型電力變壓器是電網的核心主設備,數量龐大、分布面廣。保障大型電力變壓器的安全運行對于新型電力系統建設至關重要。如何盡早識別并有效處理大型電力變壓器嚴重缺陷,是電力行業面對的世界性難題。

        國網電力科學研究院副院長、總工程師鄭玉平帶領團隊專注攻堅該項難題,此次在研討會上提出要構建大型電力變壓器安全運行三道防線。他提出,建立基于發熱、繞組變形、局部放電等缺陷監測的變壓器安全運行裕度、短時過載能力的評估方法;掌握嚴重放電缺陷快速發展至高能量電弧故障的多物理場參量特征規律,提出多參量融合的主動保護方法和基于產氣體積、速率、組分等特征的數字式輕瓦斯保護技術。他還提出基于漏磁對稱性特征的輕微匝間保護技術,認為該技術可以與現有的變壓器保護技術共同構成大型變壓器安全運行的第三道防線。

        美國工程院院士、美國田納西大學教授劉奕路認為,隨著傳統同步發電機的退役,保持電網電壓支撐強度正成為一個日益嚴峻的挑戰。該問題不能像頻率問題那樣通過在少數母線上注入功率來解決,而當前的新能源變流器控制方案可能會進一步加劇電壓弱支撐問題。

        她提出,電網電壓弱支撐問題是向低碳未來過渡的過程中必須解決的問題,必須盡早識別潛在的薄弱位置并制訂相應策略,建議采用傳統措施強化電力系統,包括安裝同步調相機或者增加輸電線路等方式;充分利用新能源并網變流器對電網的支撐能力,通過改進變流器的控制方法和性能參數來提高電網支撐強度。

        多位專家學者還在“大型電力變壓器安全運行與主動保護”分論壇上進一步探討了大型電力變壓器狀態監測與主動保護方面的現狀、關鍵技術及發展趨勢,提出推動構建在線監測與主動保護統籌的變壓器全鏈條保護與安全運行體系?!靶履茉窗l電自組網與運行控制技術”分論壇則研討了新能源發電組網方案及系統安全穩定性、振蕩風險評估和多電源協調控制策略等,以推動新能源發電系統安全穩定和電網主動支撐關鍵技術的發展和示范應用。

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