構(gòu)建新型電力系統(tǒng) 主動支撐“雙碳”目標

8月12～19日，2022國際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇暨第七屆紫金論電國際學術(shù)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(yè)工程學部、國網(wǎng)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(shè)9個分論壇。與會專家學者圍繞“電力系統(tǒng)主動支撐碳達峰碳中和目標”主題，就新型電力系統(tǒng)構(gòu)建、電力系統(tǒng)安全運行等領(lǐng)域最新研究成果展開交流，加快推動能源電力科技創(chuàng)新。

電力系統(tǒng)是能源轉(zhuǎn)型主戰(zhàn)場，應(yīng)將系統(tǒng)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(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和。我國是世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費國，2021年，清潔能源發(fā)電裝機超過11億千瓦，占比達47%;年發(fā)電量突破3萬億千瓦時，占比達35%，能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。

在此次研討會上，專家學者一致認為，實現(xiàn)碳達峰碳中和是一場深刻的能源變革、技術(shù)變革、產(chǎn)業(yè)變革和社會變革，能源電力行業(yè)既要保障供應(yīng)安全，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需要，又要實現(xiàn)全面綠色轉(zhuǎn)型。

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

專家學者一致認為，作為能源轉(zhuǎn)型的主戰(zhàn)場和主力軍，電力系統(tǒng)需要堅持立足國情、先立后破，統(tǒng)籌發(fā)展和安全，將系統(tǒng)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(jīng)濟高效、綠色低碳、創(chuàng)新引領(lǐng)等發(fā)展要求，把握好推進能源電力轉(zhuǎn)型的著力點?？傮w而言，要從兩端發(fā)力，在電力生產(chǎn)側(cè)實現(xiàn)清潔化，打造深度低碳零碳電力系統(tǒng);在能源消費側(cè)實施再電氣化，建設(shè)高度電氣化社會。

為服務(wù)“雙碳”目標落實，新型電力系統(tǒng)建設(shè)持續(xù)推進。中國工程院院士、國網(wǎng)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(tǒng)主動支撐能源轉(zhuǎn)型及‘雙碳’任務(wù)的優(yōu)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(tài)交互?！?/p>

在本次紫金論電“復雜系統(tǒng)認識論的探討”專場活動上，薛禹勝首次發(fā)布他的最新研究成果——整體還原論，在傳統(tǒng)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(tǒng)需要具備的科學思維和系統(tǒng)觀念，以及開展創(chuàng)新工作所要遵循的根本邏輯。

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

能源轉(zhuǎn)型引領(lǐng)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，能源電力企業(yè)要進一步激發(fā)創(chuàng)新發(fā)展動能

當前，能源轉(zhuǎn)型引領(lǐng)著全球新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革?！半p碳”目標下，傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)優(yōu)化升級，清潔發(fā)電、電化學儲能、新能源汽車、碳捕集利用與封存、生物質(zhì)能-碳捕集與封存、氫能等新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

參加本次研討會的專家學者普遍認為，能源電力企業(yè)要抓住全球科技產(chǎn)業(yè)變革歷史機遇，進一步激發(fā)能源創(chuàng)新發(fā)展新動能，瞄準能源領(lǐng)域原創(chuàng)性、引領(lǐng)性、顛覆性技術(shù)，推動跨領(lǐng)域、跨學科的協(xié)同創(chuàng)新，更好地引領(lǐng)未來全球能源轉(zhuǎn)型變革。

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

國家電力調(diào)度控制中心主任李明節(jié)在主旨演講中深度分析了新型電力系統(tǒng)構(gòu)建高度依賴的仿真技術(shù)。他表示，新型電力系統(tǒng)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(shù)的出現(xiàn)為研發(fā)更先進的仿真技術(shù)提供了支撐。國家電網(wǎng)積極構(gòu)建以全維度、全場景、全要素、全過程為特征的新型電力系統(tǒng)仿真體系，以仿真技術(shù)引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)科學構(gòu)建。

本次研討會分論壇之一“碳視角下的電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行研討會”提出，要突破一系列針對源、網(wǎng)、荷、儲各個環(huán)節(jié)的支撐性技術(shù)，從規(guī)劃到運營、從發(fā)電側(cè)到用電側(cè)，推動構(gòu)建功能強大、運行靈活、更有韌性且可持續(xù)發(fā)展的新型電力系統(tǒng)。

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(tǒng)和新能源電力系統(tǒng)，二者的共同技術(shù)難點和共性核心技術(shù)都是儲能技術(shù);以儲能技術(shù)為抓手推動能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，是新能源革命的重要技術(shù)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(guī)模的場景;氫能適用于長周期、大規(guī)模的場景。

他表示，基于成本競爭力的儲能技術(shù)分析表明，電化學儲能和氫能在2030年后在多數(shù)頻域時段具有競爭優(yōu)勢，車網(wǎng)互動分布式儲能將具有巨大的應(yīng)用潛力。2040年，我國電動汽車的電池總?cè)萘考s為200億千瓦時，車網(wǎng)互動技術(shù)將成為一種新型電網(wǎng)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(yōu)勢。

專家學者還在“電動交通與電網(wǎng)融合”分論壇上進一步研討了“雙碳”目標下車網(wǎng)互動技術(shù)的進展，分析了電網(wǎng)融合和充電設(shè)施的發(fā)展現(xiàn)狀等。

持續(xù)提升能源電力安全防控能力，守牢電力安全可靠供應(yīng)底線

推動能源轉(zhuǎn)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(chuàng)新，持續(xù)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(tǒng)的建設(shè)期，既要全面加快轉(zhuǎn)型，也要保障轉(zhuǎn)型過程中電力安全可靠供應(yīng)，同時還要加快顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要。

他在主旨演講中介紹了新型配電網(wǎng)智能檢測面臨的三大技術(shù)挑戰(zhàn)，以及開環(huán)磁調(diào)制電流檢測和閉環(huán)磁調(diào)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(xiàn)過程，并結(jié)合芯片化技術(shù)重點闡述磁調(diào)制檢測技術(shù)在直流漏電檢測、電能質(zhì)量在線診斷方面的應(yīng)用。他指出，自主研發(fā)智能化傳感芯片、處理芯片和微型化檢測模組，并應(yīng)用到智能斷路器中，可為精益化管控新能源電源大規(guī)模接入配電網(wǎng)提供有效的技術(shù)手段。

大型電力變壓器是電網(wǎng)的核心主設(shè)備，數(shù)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(tǒng)建設(shè)至關(guān)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(yè)面對的世界性難題。

國網(wǎng)電力科學研究院副院長、總工程師鄭玉平帶領(lǐng)團隊專注攻堅該項難題，此次在研討會上提出要構(gòu)建大型電力變壓器安全運行三道防線。他提出，建立基于發(fā)熱、繞組變形、局部放電等缺陷監(jiān)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(fā)展至高能量電弧故障的多物理場參量特征規(guī)律，提出多參量融合的主動保護方法和基于產(chǎn)氣體積、速率、組分等特征的數(shù)字式輕瓦斯保護技術(shù)。他還提出基于漏磁對稱性特征的輕微匝間保護技術(shù)，認為該技術(shù)可以與現(xiàn)有的變壓器保護技術(shù)共同構(gòu)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(tǒng)同步發(fā)電機的退役，保持電網(wǎng)電壓支撐強度正成為一個日益嚴峻的挑戰(zhàn)。該問題不能像頻率問題那樣通過在少數(shù)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(wǎng)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(yīng)策略，建議采用傳統(tǒng)措施強化電力系統(tǒng)，包括安裝同步調(diào)相機或者增加輸電線路等方式;充分利用新能源并網(wǎng)變流器對電網(wǎng)的支撐能力，通過改進變流器的控制方法和性能參數(shù)來提高電網(wǎng)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(tài)監(jiān)測與主動保護方面的現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢，提出推動構(gòu)建在線監(jiān)測與主動保護統(tǒng)籌的變壓器全鏈條保護與安全運行體系。“新能源發(fā)電自組網(wǎng)與運行控制技術(shù)”分論壇則研討了新能源發(fā)電組網(wǎng)方案及系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、振蕩風險評估和多電源協(xié)調(diào)控制策略等，以推動新能源發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定和電網(wǎng)主動支撐關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和示范應(yīng)用。

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