構建新型電力系統(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(tǒng)主動支撐碳達峰碳中和目標”主題，就新型電力系統(tǒng)構建、電力系統(tǒng)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(chuàng)新。

電力系統(tǒng)是能源轉型主戰(zhàn)場，應將系統(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%，能源結構持續(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、技術變革、產業(yè)變革和社會變革，能源電力行業(yè)既要保障供應安全，滿足經濟社會發(fā)展需要，又要實現(xiàn)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(jié)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(fā)展節(jié)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(xiàn)碳達峰碳中和。

專家學者一致認為，作為能源轉型的主戰(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、經濟高效、綠色低碳、創(chuàng)新引領等發(fā)展要求，把握好推進能源電力轉型的著力點。總體而言，要從兩端發(fā)力，在電力生產側實現(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(tǒng)建設持續(xù)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(tǒng)主動支撐能源轉型及‘雙碳’任務的優(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。”

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”在于必須自適應各相關領域中的外部狀態(tài)和偶然事件中的大量強不確定性、協(xié)調大量異型的廣域控制措施，以及滿足不同領域的多目標優(yōu)化需求。目前，他正帶領團隊在能源的信息物理社會系統(tǒng)(CPSSE)框架下開展自適應停電防御系統(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攻關。

能源轉型引領科技革命和產業(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，能源轉型引領著全球新一輪科技革命與產業(yè)變革。“雙碳”目標下，傳統(tǒng)能源產業(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、生物質能-碳捕集與封存、氫能等新技術新產業(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，瞄準能源領域原創(chuàng)性、引領性、顛覆性技術，推動跨領域、跨學科的協(xié)同創(chuàng)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(tǒng)分析與運行控制、面向碳中和能源互聯(lián)網的先進優(yōu)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(jié)在主旨演講中深度分析了新型電力系統(tǒng)構建高度依賴的仿真技術。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的出現(xiàn)為研發(fā)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(tǒng)仿真體系，以仿真技術引領新型電力系統(tǒng)科學構建。

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、荷、儲各個環(huán)節(jié)的支撐性技術，從規(guī)劃到運營、從發(fā)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(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(tǒng)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(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(yōu)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(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(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(chuàng)新，支撐新型電力系統(tǒng)建設需要。

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(zhàn)，以及開環(huán)磁調制電流檢測和閉環(huán)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(xiàn)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(fā)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(guī)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(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(yè)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(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氣體積、速率、組分等特征的數(shù)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(xiàn)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(tǒng)同步發(fā)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(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(tǒng)措施強化電力系統(tǒng)，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(shù)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(tài)監(jiān)測與主動保護方面的現(xiàn)狀、關鍵技術及發(fā)展趨勢，提出推動構建在線監(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)電自組網與運行控制技術”分論壇則研討了新能源發(fā)電組網方案及系統(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)定和電網主動支撐關鍵技術的發(fā)展和示范應用。

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