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国网新疆电力打造新型电力系统示范区 探索多样性储能模式

作者:谢文川 李易峰 来源:中国电力报 发布时间:2021-10-14 浏览:

紧抓清洁能源优势 助力“双碳”目标落地

——国网新疆电力打造新型电力系统示范区

今年第三季度,我国部分地区呈现用电、用能紧张的局面,国家发展改革委表示将会同有关方面全力增加电力供应保障能力,加强运行协调调度,确保电力可靠供应。可以看到,在碳达峰、碳中和的大背景下,以新能源为主体的新型电力系统显示出其优势和必要性。

今年3月15日中央财经委员会第九次会议上提出的构建以新能源为主体的新型电力系统,为我国能源电力发展提供了根本遵循。国家电网公司第一时间学习贯彻,成立工作领导小组,研究制定国内首个碳达峰、碳中和行动方案,提出6个方面18项举措;组织院士专家深入研究推动构建新型电力系统,编制2021~2030年行动方案,选定包括南疆在内的5个区域,打造新型电力系统省级、地区级示范区,争当能源清洁低碳转型的引领者、推动者、先行者。

新疆资源禀赋好、互补优势强、电网结构坚强,在构建以新能源为主体的新型电力系统中具有得天独厚的优势。而国网新疆电力有限公司也正在探寻新型电力系统的“新疆模式”。该公司董事长谢永胜表示,以新能源为主体的新型电力系统是传统电力系统的跨越升级,新型电力系统与传统电力系统相比,技术基础、控制基础和运行机理将深刻变化,平衡模式将由“源随荷动”逐步向源网荷储协调互动转变。

新能源优势明显

“煤电+CCS”兜底过渡

“立足我国国情和资源禀赋,构建新型电力系统既需要推动太阳能、风能等新能源大规模开发利用,确保能源清洁低碳可持续发展,也需要通过实施‘煤电+CCS’推动煤炭清洁高效利用,为能源安全供应兜底保障。”谢永胜表示,在清洁能源供给方面,新疆有得天独厚的优势,这里的太阳能、风能资源储量均居全国第二,新疆未利用的土地面积广袤、地势平坦,为新能源大规模开发提供了良好条件。新疆煤炭预测储量2.19万亿吨,约占全国的40.5%,位居全国首位。塔里木盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地等地质封存条件好,盐水层、油气层二氧化碳封存潜力分别达到千亿吨级、百亿吨级水平。这些,都将为新疆新型电力系统建设提供有力支撑。

数据显示,“十三五”期间新疆新能源装机、年发电量、利用率分别达到3561万千瓦、585亿千瓦时、91.14%,连续5年持续增长,新疆新能源累计发电达2300亿千瓦时,减少燃烧标准煤约7360万吨,其风电平均利用小时数增加605小时,达到2176小时,年均增长6.7%;光伏平均利用小时数增加393小时,达到1438小时,年均增长6.6%。2020年利用率达到91.14%,新能源投资预警由“红”转“橙”。

据国网新疆电力调度控制中心水电及新能源处副处长李国庆介绍,今年年中,南疆地区清洁能源发电装机容量达793万千瓦,占南疆发电装机的55.5%。其中新能源装机402万千瓦,占南疆发电装机的28%。李国庆表示,南疆地区发电装机规模持续扩大,有利于区域资源优势转化,进一步促进了南疆绿色低碳转型发展,为新疆探索构建新型电力系统提供了“试验田”。

新疆维吾尔自治区发展改革委发布《新疆维吾尔自治区国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出,要建设国家新能源基地。建成准东千万千瓦级新能源基地,推进建设哈密北千万千瓦级新能源基地和南疆环塔里木千万千瓦级清洁能源供应保障区,建设新能源平价上网项目示范区;推进风光水储一体化清洁能源发电示范工程,开展智能光伏、风电制氢试点。

国网新疆电力经济技术研究院(以下简称“经研院”)企业管理与战略研究中心副主任李海峰说,为打好新型电力系统电源侧的基础,新疆电力年初就开始着手摸清新能源资源禀赋,全面测算各地区风电及光伏的理论、技术和经济可开发量,形成新能源开发潜力分布图。同时,推动新能源集中式基地化开发,打造喀克和、环塔里木盆地南部、吐哈、准东、准北千万千瓦级新能源基地。

把新疆纳入新型电力系统示范区,除了其资源优势,其困难也具有普遍意义。新疆属于资源型区域、经济发展资源依赖型,此外能源电力碳排放总量大,到2018年二氧化碳排放总量达到4.22亿吨,其中电力行业碳排放达到2.81亿吨,占总量的三分之二。

在这种背景下快速构架新能源为主体的电力系统难度较大,需要寻找具有新疆特色的过渡措施,新疆电力提出的“煤电+CCS”技术,将助力新型电力系统建设。CCS技术是指将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接注入地层以实现二氧化碳永久封存的过程。这样新疆既有新能源为主体的基础,又有兜底保障条件,支撑调节资源建设有潜力,才能在构建新型电力系统方面起到示范引领作用。

构建智能化、数字化电网

提升供电系统韧性与弹性

我国能源资源禀赋,决定了我国“由西向东、自北向南”的总体能源流向。由于东中部地区新能源资源有限,东中部电力缺口将持续扩大,这就需要像新疆这样资源丰富的地区支撑东中部地区以新能源为主体的新型电力系统建设。因此,新疆构建以新能源为主体的新型电力系统对西北乃至全国具有典型示范意义。

在谢永胜看来,新型电力系统在电网侧要以“加强交流保内供、构建异步电网促外送”模式加快柔性直流、数字化、智能传感等新技术和新设备的应用,建强疆内“保供网”,构建疆内跨多能源基地和跨省区异步柔性“外送网”,推动交直流电网融合发展,推进电网向能源互联网转型升级,打造坚强高效、智能开放的资源优势配置平台。

以大电网为主导、多种电网形态相融并存的前提,是要拥有一个坚强的电网。资料显示,2010年以来,国家电网公司在新疆投资1368亿元,建成以乌鲁木齐为中心,东至哈密,西到博州、伊犁,南延喀什、和田,北联阿勒泰的750千伏骨干网架,东西横跨2000千米,南北贯穿3300千米,覆盖地域130余万平方公里,形成“内供四环网”网架格局。

与此同时,2010年11月,750千伏新疆与西北主网联网第一通道建成投运,结束新疆电网孤网运行历史;2013年6月,750千伏新疆与西北主网联网第二通道建成投运,疆电外送能力提升至200万千瓦;2014年1月,±800千伏哈密南—郑州特高压直流输电工程投运,疆电外送第三通道建成;2019年9月,±1100千伏准东—皖南特高压直流输电工程投运,建成疆电外送第四通道,外送能力达2500万千瓦。截至2021年8月31日,新疆通过“外送四通道”累计外送电量4498亿千瓦时,其中新能源电量超1230亿千瓦时。新能源外送电量相当于燃烧3690万吨标准煤,可以减排二氧化碳9594万吨、二氧化硫11万吨。

目前,新疆另一条内供线路莎车—和田Ⅱ回750千伏输变电工程基础、铁塔已建设完毕。国网新疆建设分公司工程业主项目经理马忠龙说,该工程是促进和田地区经济快速发展、社会和谐稳定、加强和田电网与新疆主网联系、落实“煤改电”工程实施、提升和田电网供电可靠性及供电质量的重点民生工程。

此外,新疆电力2021年计划开工35千伏及以上项目146项,线路3360千米、变电容量744万千伏安;计划投产35千伏及以上项目162项,线路4922千米、变电容量1638万千伏安,为保障新疆社会稳定、促进经济发展起到重要支撑作用。

作为新疆电力的“大脑”,经研院一直致力于研究电网建设怎样更好作用于新型电力系统。经研院新型电力系统发展研究技术专责辛超山认为,为配合新型电力系统建设,在内供网线方面要加强电网南北互济能力,在建成吐鲁番—巴州—库车Ⅱ回750千伏输变电工程的同时,研究开辟南北疆电力互补通道。在外送通道方面,要推动吉泉直流核增配套新能源,持续提升在运特高压直流利用效率和新能源占比,推进疆电入渝特高压直流、新疆与西北一通道补强等工程。

强大的电网是新型电力系统的基本保障,其最终目的是加快推进电网功能、结构、形态向能源互联网转型升级,支撑水火风光互补互济、源网荷储协同互动,深化“大云物移智链”等数字技术与电网融合发展,在智能化与新能源结合方面,新疆电力也走在前面。

今年6月,新疆电力实现近3万台风电、新能源设备海量运行信息云平台全接入,将为政府部门、发电企业、咨询设计单位和设备厂商提供更加优质的数据服务,这也是国家电网公司新能源云平台首批试点推广的实施单位。自2019年11月起,新疆等第一批13家试点单位全面启动新能源云平台实施工作。新能源云是由国家电网公司开发的新能源数字经济平台,可有效优化新能源全过程管理,提供建站并网、补贴申报、消纳分析等“一站式”服务。新疆电力依托新能源云平台内消纳管理模块,定量测算在多种边界条件下的新能源消纳能力,逐年测算新疆电网新能源消纳能力,统筹安排各区域消纳规模,保障新能源健康有序发展。

全面推进电能替代

引导可调节负荷参与需求侧响应

当前,新疆经济发展任务艰巨,能源生产和消费持续增长,能源电力行业既承担着新疆本地区的电力供应,又承担着中东部的电力供应。

“新疆电力将持续拓展电能替代广度深度,充分挖掘工业、建筑、交通等行业替代潜力,提升终端用能电气化水平;推动电制氢等新型可控负荷发展,引导负荷侧各类资源全面参与需求侧响应,构建可中断、可调节的多元负荷资源,实现源随荷动向源荷互动转变。”谢永胜表示,新疆电力将推动新能源汽车发展,加快实施“达坂城充换储调一体化”示范项目。建立可调节负荷资源库,建设智慧能源服务平台,将工业负荷、充电桩、电采暖等可调节资源全部接入智慧能源服务平台,引导可调节负荷全面参与需求侧响应。

据了解,“十三五”期间,新疆电力累计实施电能替代项目4.69万个,实现替代电量280亿千瓦时。2021年,计划全年推动替代电量40亿千瓦时。

2019年以来,新疆电力聚焦南疆“煤改电”一期(喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田地区)工程目标任务,累计投入105.36亿元,全面加快配套电网工程建设,为南疆三地州89.2万户居民实施“煤改电”工程提供了安全可靠的电力供应。经过3年建设,今年10月初已全部完成“煤改电”一期配套电网建设任务。目前,90%以上的配套电网工程已顺利投运,剩余工程已进入最后冲刺阶段。

实施南疆四地州“煤改电”配套电网工程是一项贯彻落实党中央治疆方略、聚焦新疆工作总目标的重大工程,也是充分发挥资源优势、带动南疆经济发展、提高南疆人民生活水平的重大暖心工程、惠民工程,对推进南疆四地州经济社会发展具有重大的现实意义。

在电动汽车发展迅猛的今天,新疆由于冬季时间长、气温低、地域面积大等客观因素导致电动汽车市场推进缓慢。新疆电力意识到新能源汽车是未来的主流发展趋势,一直在提前布局充电桩,并引导、推广使用新能源汽车。截至2021年6月,新疆电力累计在27个县级市、县建设116个充电桩。

据了解,新疆电力今年计划在超500个乡镇供电所推广使用新能源汽车,引领乡镇电动汽车发展,助力乡村振兴。为了给新能源汽车下乡提供保障,年底将累计在全疆各县级市、县建设超500个公共充电桩,为乡镇地区用户提供便捷充电服务。

谢永胜表示,新疆处于电动汽车发展的初期,应在布局之初就考虑电动汽车参与电网调峰调频辅助服务市场的问题,有序引导充电方式,统一企事业单位、居民小区、公共快充等充电设施接入技术标准,运用车网互动技术,确保电网安全稳定运行;研究出台平台功能应用标准,向用户提供优质便捷充电体验,充分发挥全社会充电设施运营效率,共同构建充电服务“生态圈”。

探索多样性储能模式

提升系统调节能力

“为满足新能源大规模并网,要加快各级电网工程和新能源送出工程建设,推动抽水蓄能、新型储能、柔性直流等项目实施。”谢永胜表示。

新型能源系统的系统调节能力尤为重要,为增加新疆电网的系统调节能力,首先要加快推动火电灵活性改造,进一步完善火电参与调峰辅助服务市场机制,调动火电参与灵活性改造和调峰积极性。其次加快阜康、哈密抽水蓄能电站建设,推动阿克陶、阜康东等尽可能多的抽水蓄能电站开工建设。而后,推进新型储能规模化发展应用,加快推动哈密十三间房共享储能建设。同时推动新能源企业通过自建、合建或购买调峰能力方式,提升系统调节能力。

“在扩大新能源发展规模的同时,要加快建立储能产业发展专项引导资金,推进南疆三地州电网侧储能示范工程建设。”经研院企业管理与战略研究中心副主任李海峰表示,新疆有2870万千瓦的水电可开发量,位居全国第四位。此外,根据国家中长期发展规划,新疆还有3660万千瓦的抽水蓄能储备规模。

“十四五”期间,新疆将建成阜康120万千瓦抽水蓄能电站,同时推进哈密120万千瓦抽水蓄能电站、南疆四地州光伏侧储能等调峰设施建设,推动发展“共享储能”模式,促进可再生能源规模稳定增长。

据李海峰介绍,“共享储能”是单一实体储能电站通过市场化交易在同一时刻为两个及两个以上发电企业、电网企业或电力用户提供储能服务的商业模式,可充分利用多个发电企业、电网企业或用户的发用电时空互补性,提升储能电站的利用率,提升电力系统灵活性,实现储能降本增效。共享储能电站,即电站资源不专属于某一新能源站或电网,而是以电网为纽带,将独立分散的电网侧、电源侧、用户侧储能电站进行资源整合,统一协调服务于网内所有新能源站,推动源网荷各端储能能力全面释放。

在哈密,有3家风电企业联合建设了十三间房共享储能项目,利用区块链技术可追踪的特性融通电力调度控制系统的新型平台,可监管每一笔参与交易的能量流,形成一套完整、可追溯的发—储—配—用体系,进而促进共享储能快速交易和清分结算。

十三间房发电集中在午间,而在早晚用电高峰时段,新能源出力低,常规电源备用不足时,则会出现电力失衡问题。传统的“新能源+储能独享模式”存在电站弃电功率不均匀且不稳定、光伏电站与站内储能的结算周期不固定与资金到位有延期等“短板”,会影响储能电站的调峰能力和收益。共享储能电站的建设将极大提高十三间房区域新能源入网稳定性,切实解决当地风力发电波动大等问题,提高电网调峰能力。与单个储能电站相比,多家企业设备分布面广、设备多的特点使其调峰能力也有一定程度增加。

“构建新型电力系统是一项极具挑战性、影响性、长远性、系统性的工程,坚强智能电网是基础,源网荷储协同是关键,系统调节能力是核心,电力市场建设是重点,改革创新是动力,政策体制机制是保障。”谢永胜表示,从另一种视角来看,可认为新型电力系统的核心就是新能源为主体,主体不仅是装机规模占主体,电量规模也要占主体,关键点是如何统筹好以新能源为主体的新型电力系统在经济、安全、可靠之间的关系。新疆电力将摸着石头过河,探索出一条具备示范意义的新型电力系统建设之路。

作者:谢文川 李易峰

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