電力系統急速變化的當下，各種新情況、新需求層出不窮，督促我們對新型電力系統重新審視。
在6月29日舉辦的2024日立能源創新論壇上，全球能源互聯網發展合作組織駐會副主席劉澤洪表示，電力系統的網絡型基礎設施特性不變，要求資源優化配置能力更加靈活、高效；電網運行的同步機制主導不變，電力電子設備占比大幅提高、直流異步互聯增加；電力電量平衡的基本要求不變，“源隨荷動”轉向“源網荷儲”互動；保障供電安全可靠性的要求不變，但要更加適應強不確定性。
伴隨新能源的大規模發展以及占比的持續提高，電力系統成本逐漸攀升，來自風、光、儲、氫等領域的參與市場主體龐雜交織，體質機制設計難度進一步增大。新型電力系統正在“變”與“不變”中，呈現全新特征。
新型電力系統的“變”與“不變”
推動我國“30·60雙碳”目標如期實現，電力行業是主戰場也是主力軍。構建以新能源發電量為主體的新型電力系統，在發電側和能源消費側實施化石能源清潔替代和電能替代，是實現我國雙碳目標的現實可行路徑選擇。
“當前，新型電力系統呈現全新內涵和特征，但非推倒重來，而是傳統電力系統的繼承和發展，是在現有系統基礎上的升級和變革創新。”劉澤洪表示。
5月31日，華北電力大學新型能源系統與碳中和研究院院長王志軒在第五屆全國地方電網與配電網圓桌論壇上亦表示，當前是電力系統變化最快的一個時期，出現了新情況、新需求，需要我們對新型電力系統再認識。
劉澤洪分析，新型電力系統正面臨氣候適應、安全性、經濟性三大挑戰。
新能源具有高裝機、低電量、弱保障特性，隨著新能源占比的不斷提高，新型電力系統的電力供應保障能力受氣候條件和天氣變化影響顯著。新能源在電力平衡中有效容量遠低于常規電源，供應保障能力偏低。新能源出力的波動性與不確定性導致其參與系統平衡的有效容量遠低于常規電源，供應保障能力偏低且不穩定。
“小風寡照”等特殊但不罕見的天氣事件對電力供應影響巨大。隨著新能源占比持續快速提升，連續多日出現的“小風寡照”，將對電力供應產生巨大影響，類似于電煤危機。
新能源出力不確定性疊加系統的弱支撐能力，加重了極端天氣下新能源高占比電力系統的脆弱性。全球氣候變暖背景下，氣象災害的多發性、突發性、嚴重性日益突出。新型電力系統具有高度氣象依賴性，極端天氣下將引發新能源出力受限、電力設施破壞等，電力供應中斷風險加劇。
新型電力系統中，電網形態由單向逐級輸電為主的傳統電網，向“主配微”等多種電網形態相融并存、協同控制的能源互聯網轉變。這一背景下，系統安全穩定運行難度將進一步提升。
隨著新能源接入和交直流混聯電網建設，電力系統新舊穩定問題交織。新型電力系統中，由于新能源等靜止發電設備大量替代旋轉發電設備，降低了系統慣量、弱化了電壓支撐，頻率穩定、電壓穩定等傳統穩定問題進一步惡化，寬頻震蕩等新型穩定問題涌現。
大容量直流輸電與新能源相互影響，容易引發連鎖反應。新型電力系統送受端、交直流、各電壓等級的耦合緊密，新能源機組面對故障擾動容易脫網，系統呈現復雜穩定特性，極易產生連鎖反應引發大面積停電。
“應看到，電力系統控制復雜性呈指數級增長，電力系統可控對象從以源為主擴展到源網荷儲各環節。”劉澤洪說。
經濟性方面，新能源大規模高比例接網消納帶來系統整體成本上升。據劉澤洪介紹，新能源利用成本除場站本體成本外，還包括靈活性電源等投資、系統調節運行成本、大電網擴展及補強投資、接網及配網投資等系統成本。
伴隨新能源占比持續提高，對市場設計和價格機制也提出了更高要求。電源側電量價格難以完全體現新能源消納中調峰、頂峰等容量價值，輔助服務市場體量較小且未向用戶傳導等。電網側各類輸配成本打包核定，難以區分電量、容量途徑準確計價與充分疏導。
值得關注的是，多目標協同，還進一步加大了市場機制體制設計難度。目標的多樣性、基礎能源穩定性需求與新能源不確定性的矛盾，以及利益主體交織耦合，增大了制度設計對目標可控性的難度。
“煤電機組的功能將隨著新型電力系統的深入推進，由已發電為主逐漸向以保障系統安全經濟運行為主轉變，加快發展抽水蓄能、新型（重力）儲能裝備非常重要。應規劃建設滿足新型電力系統發展要求的送受端電網，確保大規模新能源發電功率的大范圍匯集、穩定傳輸和高效消納。持續加大柔性特高壓交直流輸電技術、高效率低成本的清潔能源發電新技術、碳捕集技術等，開發建設數字化的電力系統安全監控和智能化的調控技術支持系統，為新型電力系統安全可靠運行提供保障。”國家電網公司原總工程師，中國電機工程學會會士張啟平建議。
關鍵技術持續創新突破
面對諸多挑戰，以清潔發電、新型儲能、直流輸電、數智化等代表的關鍵技術不斷創新突破，為實現新型電力系統目標構筑堅實基礎。
光伏發電、光熱發電、風力發電、氫（氨）發電是當前四大主流清潔發電技術。
光伏發電技術進步快，Topcon、HJT等技術路線不斷涌現，晶硅電池轉換效率最高達到26.81%；預計到2050年，多PN結層疊電池有望成為主流，組件轉化率達到35%，平均度電成本降至0.08-0.1元/千瓦時。
提高運行溫度、發電效率和降低成本是光熱發電當前的發展重點，預計到2050年，光熱電站采用超臨界二氧化碳布雷頓循環發電技術，發電效率提高至60%，平均度電成本降至0.4元/千瓦時。
風力發電領域，風機大型化趨勢顯著，技術和裝備日漸成熟，發電成本迅速下降；預計到2050年，陸上風電平均度電成本降至0.07-0.1元/千瓦時，海上風電降至0.2-0.25元/千瓦時。“當前，規劃不夠統一，風場的競爭非常殘酷，電力匹配還需優化；海上風電與油氣的結合，新能源給海上油氣供電，成為關注焦點。”原中海油執行副總裁、安全總監兼新能源部總經理楊云表示。
張啟平則認為，離岸風電技術已經成熟，應加快開發海上風電。海上風能利用小時數高于陸地50%以上，全壽命周期效益好；所接入的電網容量規模大，消納能力強，棄電風險小；大容量、高效率海上風電裝備以及匯集外送技術已經成熟；0—50米海深、平均功率密度大于300瓦/平米的海域，可開發容量達30億千瓦；隨著成本不斷下降，海上風電上網電價競爭力越來越強，按照離岸距離由近及遠順序加快建設，極具優勢。
氫發電技術上日趨成熟，未來有望成為新型電力系統中重要的可調節電力來源。氫燃料電池容量較小、配置靈活，適用于分散式發電場景；氫燃氣輪機單機容量大、轉動慣量大，適合作為電網的調節和支撐電源。氨發電尚處于試驗示范階段。
新型儲能快速發展。截至2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規模達3139萬千瓦/6687萬千瓦時，平均儲能時長2.1小時。2023年新增裝機規模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時，較2022年底增長超過260%，近10倍于“十三五”末裝機規模。
“鋰電池技術進步快、綜合性能好，可選擇的材料體系多樣，目前磷酸鐵鋰電池在新型儲能技術中占據主流。預計到2050年，材料來源更廣泛的鈉電池有望替代鋰離子電池，儲能電池的循環次數提升至1.2-1.4萬次，儲能電站的建設成本降低至500元/千瓦時以下，實現本質安全。”劉澤洪預測。
循環次數多，使用壽命長的壓縮空氣儲能，理想工況下能量轉換效率約60%，未來提升系統效率和降低成本將是該技術發展重點。預計到2050年，系統實際運行效率有望提升至70%，成本降至3000-5000元/千瓦，利用地下洞穴的儲能持續放電時間達到100小時。
國家電網公司原科技部副主任、中國電器工業協會副會長沈江建議，應以創新力量，開拓綠色能源新視野，進一步探索綜合服務商的邊界，重點關注投資和建設、技術和設備、運行和交易、政策和法規。
電力設備企業轉型提速
從電力設備提供商向“綜合服務提供商+設備提供商”轉型，新型電力系統推動下，不少設備企業加速轉型步伐。
中國華電科工集團有限公司黨委委員、副總經理、總工程師李建標介紹，數智化技術驅動電力環保產業新未來。
作為中國華電集團有限公司的全資子公司，中國華電集團有限公司科工產業重要組成部分和發展平臺，中國華電科工集團有限公司在產品、投資、工程“三足鼎立”的產業格局中，打造了高端裝備及系統工程、環保水務、電站投資建設和清潔能源四大核心業務板塊，布局了氫能、生物質能、儲能、港口高端裝備及綠色智慧系統等多個戰略性新型產業。
“利用數字化技術賦能企業生產，幫助客戶打造全優的生產模式。通過數字監控協同運維平臺，改變了資源配置結構、突破了舊技術體系下的商業模式限制，結構性降低運營成本，提升了效率。”李建標說。
近日，特變電工智能電氣有限責任公司數字化干變車間落成投產，通過深度擁抱“數智化”，未來有望實現產能產值雙翻番。記者獲悉，該車間總面積3.5萬平方米，是特變電工將30多年干式變壓器生產經驗與新一代信息技術融合創新、高標準打造的一座干變智能工廠，將批量化生產2500千伏安及以下常規干式變壓器，規模化生產全系列箱變、美變集成類產品，預計年產能近萬臺。
隨著特變電工智能電氣有限責任公司數字化干變車間落成投產，金風科技、運達能源等多家龍頭企業與特變電工簽署了合作協議。
2024日立能源創新論壇上，日立能源全方位展示了超過50個全球領先的產品、技術、服務及解決方案。其中10款新產品首次在華亮相，包括全新一代Lumada設備健康管理（APM）解決方案和TXpert™Hub變壓器數字化生態系統；應用于海上能源領域的天然酯類油66kV WindSTAR™變壓器和66kV海上風電用干式變壓器；公司全球電壓等級最高的1100kV氣體絕緣開關設備（GIS）；500kV可調并聯電抗器；以及為綠氫提供的全面發電及供電解決方案等。
日立能源首席執行官方秦（Claudio Facchin）表示，電力需求將大幅上升，電力系統需要進行快速的變革與升級。在2050年全球電力系統中，需要在2020年的基礎上，將發電量提升4倍，輸電量提升3倍。“當前，中國推進的新型電力系統建設為其實現碳中和目標提供了重要支持。我們將與各方合作，部署所需技術和新的商業模式，助力中國實現脫碳進程。”方秦說。
萬聯證券最新研報顯示，新能源裝機保持高增長，電網消納能力亟需提升，電力系統投資、建設有望加速，將帶動電力設備板塊景氣上行。華西證券則預測，隨著新能源大規模接入，配套電網投資提升將帶動相應的電力設備需求，包括特高壓相關設備、一二次融合設備等，市場份額穩固或有望持續增長的企業將深度受益。
（來源：中國工業新聞網）
