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华北电网:寻找安全、保供和消纳的“最优解”
来源: | 作者:中国电力工程技术协会秘书处 | 发布时间: 35天前 | 814 次浏览 | 分享到:

  这还不够。另一团“迷雾”急需解开——对“沙戈荒”大型风电光伏基地特性的认知。

  锡林郭勒盟是我国重要的清洁能源基地,这里的绿电通过锡林郭勒盟—山东、张北—胜利两条特高压通道送往华北。新能源电源与常规电源通过特高压交直流外送,新能源、直流功率、检修方式等多维度排列组合,需要考虑的运行工况达上千种。同时,新能源机组暂态过程变化速度快、控制逻辑“千机千面”,风火联合外送场景下,传统毫秒级的机电暂态稳定问题与微秒级的新型稳定问题交织并存,会对电网安全运行产生巨大影响。

  如何认知新能源场站的特性?电磁暂态仿真时间尺度为微秒级,类似电力系统的“显微镜”,是准确认知高比例新能源电网的有力工具。

  在国家电力调度控制中心的指导下,国网华北分部与中国电科院攻关电磁暂态仿真技术,在锡盟“沙戈荒”大型风电光伏基地建立了全电磁暂态仿真模型。这相当于把锡盟“沙戈荒”大型风电光伏基地“搬”进了电脑。通过不断仿真计算,他们探明了新能源出力波动对风火联合送出系统的影响机理,实现对稳定特征“算得细、看得清、验得真”。在此基础上,国网华北分部自主研发了新型避雷器,破解了暂时过电压制约新能源电力送出的难题,积极推动分布式调相机并网投产,为保障新能源大基地送出电网安全运行积累了经验。

  从大电网运行到新能源基地,拨开新型电力系统运行特性的层层“迷雾”,其中的复杂逻辑被逐步梳理开来:把电网运行的新特性了解清楚,通过新型控制手段、策略,更好实现对电网安全风险的预控。

  “以前我们谈大电网安全的‘三道防线’,现在我们要研究在每道防线之间增加新的控制手段。”刘一民说,系统保护、频率防线、宽频振荡监测等新型防御手段的应用,进一步提升了大电网防范系统性风险的能力。仍有很多新的问题待解,这需要包括电网企业在内的所有相关方的共同努力。

  重塑保供角色:当电网负荷“双峰”挑战频繁出现,如何精准配置电力资源?

  华北电网夏、冬两季“双峰”特征明显,度冬采暖负荷、度夏空调负荷大幅增加,峰谷差不断扩大,加上极端天气影响,尖峰时刻越发成为常态,电力保供面临着新的挑战。

  区域内有锡盟、张北、山西等能源基地,华北电网电力“粮食”充足。但遇到“极热无风”“晚峰无光”的情况仍会力不从心。2023年12月12~14日,华北地区大范围降雪,新能源发电出力短时间内骤降,且持续多日出力偏低;今年8月22日,华北地区高温天气影响风电出力,风电对晚峰平衡支撑严重不足。

  不仅如此,华北区域在保供中的角色也在变化。“华北电网通过‘一交六直’特高压与四个区域电网互联,既作为‘大受端’受入东北、西北电网电力,又作为‘大送端’将电力送至华东、华中电网。近些年,我们向区外送电的规模也越来越大,从被支援转变为送受并存。各个区域在电力保供的关系越来越密切。”华北能源监管局市场监管处处长吕峰说。

  双重挑战下,怎样平衡供给与需求?

  电网网架的优化升级仍是关键手段。

  近年来,华北电网实现由500千伏电网向1000千伏特高压电网的跨越式发展。以10月31日投运的1000千伏张北—胜利特高压交流工程为例,工程将锡盟、张家口两大新能源基地互联,特高压送出通道总送出能力达到1820万千瓦。电网网架的升级促进区域内清洁能源开发消纳,也增强了电网抵御严重故障的能力。

  升级的不仅是主网架,各级电网的协调发展水平也不断提升。在北京,国网北京电力按照“密布点、短半径”规划配电站点。在天津,“雪花网”的落地让电网使用效率提升近30%。

  网架“硬件”先行,打牢基础,而如何用好通道精准配置资源,是保供的另一个关键。

  随着新型电力系统建设推进,无论电力保供或新能源电量消纳,单靠一个省的资源禀赋和调节力量远远不够。“我们利用东北、华北、西北电网进入早峰时间依次约晚1小时、光伏发电出力存在45分钟至90分钟时差的属性,置换华北、东北、西北电网早峰跨区错峰电力,‘三北’电网彼此响应,很大程度缓解了电网平衡压力。”北京电力交易中心市场交易二部主任张哲介绍。

  精准调配资源的同时,源网荷储共同保供的措施也在推动。电源侧,电网企业走访发电企业推动“开源”;负荷侧,更多节能减排的方法让用电“节流”。这些举措使得新型电力系统“双峰”条件下应对保供挑战更加自如。

  “长远来看,电网规划也需要在保供中考虑新型电力系统的特性。”李付强建议,优化跨区电力流规划原则,充分挖掘跨经度光伏发电、跨风带风电和跨流域水电互补保障潜力,同时在联网枢纽节点增加更多保供力量,以给区域电力保供增添更多的底气。

  打通消纳链条:当快速增长的新能源急需系统调节能力升级,如何凝聚消纳合力?

  华北地区新能源发电增速迅猛。一组数据可以直观呈现——预计今年年底华北电网新能源发电装机将达3.7亿千瓦,同比增长37%;京津冀地区每使用4千瓦时电,就有1千瓦时是绿电;近3年,在华北电网新增用电量中,六成以上由新能源新增电量供应。

  “华北地区的新能源电量消纳至关重要。一方面,‘双碳’目标的实现,需要保障绿电消纳;另一方面,消纳绿电、建设绿色华北也是推进区域能源转型的关键所在,需要源网荷储链条的各方共同发力。”华北能源监管局党组书记、局长童光毅表示。