中国储能网讯:6月2日,由国家能源局统筹组织、电力规划设计总院牵头,水电水利规划设计总院、国网能源研究院、国网经济技术研究院、南方电网能源发展研究院、南方电网科学研究院、国核电力规划设计研究院、中国电力企业联合会、国家发展改革委能源研究所、国家能源集团战略规划部、中国大唐集团科学技术研究总院共同编写的《新型电力系统发展蓝皮书》(以下简称蓝皮书)正式对外发布。
《蓝皮书》指出能源电力系统的安全高效、绿色低碳转型及数字化智能化技术创新已经成为全球发展趋势。
从《蓝皮书》中阐述的技术发展趋势和产业应用价值来看,功率预测、智能电网、虚拟电厂、智慧储能系统、电子电力设备及器件将成为未来能源数字化、智能化发展的5个重点领域,也将成为诸多企业竞相追逐的5个掘金点。
作为新型电力系统的重要驱动技术,数字信息技术将在源网荷储各个环节与能源技术深入融合,推动新型电力系统实现海量异构资源的广泛接入、密集交互和统筹调度,不断提升源网荷储互动灵活性和需求侧响应能力。
发电侧:功率预测
伴随大规模新能源和分布式能源接入,电力系统调度运行与新能源功率预测、气象条件等外 界因素结合更加紧密。新能源功率与发电能力预测技术将成为新能源摆脱“看天吃饭”的重要法宝,也是新能源电站创收盈利所仰仗的秘密武器。
目前,电价波动带来的收益波动是新能源电站运营面临的主要挑战。功率预测又是光伏电站进行电力交易的数据支撑来源,如果预测偏差较大就会直接影响到电站的运营收益。
功率预测的效果与气象数据的精度密切相关,因此提升数据质量和精度是功率预测技术需要突破的瓶颈,特别是在分布式光伏领域。分布式光伏电站在空间上分散且布局不均匀、功率与气象的历史实测和预报数据不完整且质量较低,易出现数据缺失和异常等问题,导致分布式光伏电站功率预测技术难度较大。
随着国内分布式能源新增装机量开始占据半壁江山,针对分布式场景的功率预测技术的需求将日益迫切。
除了用于电力交易方面,功率预测技术还可以应用在储能电站运行管理、虚拟电厂参与辅助服务、大工业绿电撮合交易、工业微电网等诸多方面。
电网侧:智能电网
电网正在向柔性化、智能化、数字化方向转型。大电网、分布式智能电网等多种新型电网技术形态都需要应用大数据、云计算、5G、数字孪生、AI等新一代信息技术。
具体来说,电网运行调度就需要超大算力和高精度的算法来支撑。目前风光水火多种电力源综合运行优化、电力现货市场出清的复杂程度越来越高,整个电力系统的传输、调度、消纳等各个环节都需要运用运筹学、AI等多种算法来获得精确结果。
此外,基于云边协同实现电网的数字孪生将有助于实现无人化巡检、智能化电力缺陷识别,显著降低运维成本和作业风险,提升工作效率。
2022年,国网江苏省电力公司运用无人机自动巡检完成超过52万架次的作业量,提前发现、消除输电铁塔缺陷及通道隐患4.2万处,缺陷发现效率大大提升,由此可节约运维成本约2亿元。
负荷侧:虚拟电厂
虚拟电厂可以实时调度利用负荷侧的分布式资源,凭借其自身的灵活性、经济性受到产业界越来越多的关注。
通过数字技术对各类分布式能源资源进行聚合协同,虚拟电厂作为一个“虚拟化”的、无实体的电厂参与电力系统运行和电力市场交易。未来虚拟电厂将成为整合负荷侧需求响应资源的主要途径和载体,为电网调节提供更多灵活性的资源和能力。
智慧储能系统
在储能方面,智慧储能系统技术的重要性越来越高。储能电站的智能化运营一方面需要对电池进行精细化管理,比如运用物联网、AI技术对电池健康状态进行实时监测,另一方面还需要形成智能感知和控制能力,增强与电网互动的能力。
随着大型储能电站的建设,不管是设备数量还是数据量都会是数倍增长。因此储能系统迫切需要从数字化、智能化角度出发考虑整个系统的设计、集成和控制方式。
新型电力系统的智能化底座:电力电子设备及器件
未来新型电力系统将呈现出“双高”特征。电力电子设备及器件将成为整个新型电力系统智能化的基石。
其中变流器是光伏、风电以及储能系统运行控制的核心,决定着新能源系统发电、储能的实际效果。
变流器一方面要向更高单机功率发展,另一方面还要加强对电网的主动支撑能力,在构网控制、虚拟同步控制等电网技术方面实现技术创新。
此外,大量电力电子设备如储能变流器、光伏逆变器都是以硅基IGBT、碳化硅二极管或MOSFET为核心器件的。由于可以实现更高的转换效率、更小的尺寸体积和更低安装成本,碳化硅器件将在储能系统得到广泛应用。碳化硅基电力电子器件也将逐步向高压大功率方向发展。
据业内人士称,使用碳化硅功率器件可将储能转换效率提高3%以上,提高开关频率10倍以上,同时降低电源模块体积与系统成本。光伏逆变器采用碳化硅功率模块之后,
转换效率可从 96%提升至 99%以上,能量损耗降低 30%以上。
协鑫集团董事长朱共山在公开演讲上表示,在高比例新能源、新型储能系统、柔性直流输电等高度耦合的新型电力系统中,硅能源将扮演至关重要的角色。硅基功率器件,特别是碳化硅功率器件,将让能源从物理形态走向数字形态,实现芯片小型化、低功耗、高效化,能源可控制、可交易、可调节,进而带来社会生产力的变革。
5月15日,安森美宣布与上能电气达成合作。上能电气的公用事业规模太阳能逆变器和200kW储能系统将搭载安森美的EliteSiC MOSFET和 IGBT模块。两家公司将合作开发优化解决方案,最大限度地提高太阳能逆变器、储能和电源转换系统的性能。
但是目前SiC在储能系统中的渗透率不高,在15%左右。SiC SBD价格比同等级硅基二极管高 3 倍,SiC MOS 是硅基的 5 倍以上。未来 2-3 年碳化硅器件价格有望下降至硅基IGBT的 2-3倍,算上效率提升带来的收益,碳化硅的市场空间将得到极大的扩展。
展望
清华大学能源互联网创新研究院院长康重庆认为,构建新型电力系统需要依托数字化技术,统筹源、网、荷、储资源,数字化转型是建设新型电力系统的关键途径。
未来,以功率预测、智能电网、虚拟电厂、智慧储能系统、电子电力设备及器件为代表的能源数字化、智能化技术将成为新型电力系统内在的核心技术。