截至8月28日，一個100%使用風、光新能源供電的新型電力系統(tǒng)在湖北省隨州市廣水市已穩(wěn)定試運行241天。它既是一個能確保風、光新能源發(fā)電發(fā)得出、用得上的實用的現(xiàn)實電網(wǎng)，也是一個開放的、具有未來電網(wǎng)特征的試驗平臺。
作為國家電網(wǎng)公司十大科技示范工程之一，世界首個縣域級100%新能源新型電力系統(tǒng)在廣水市落地，可實現(xiàn)廣水100%新能源獨立供電，供區(qū)人口超過20萬。該新型電力系統(tǒng)是一種以新能源供電為主體，與大電網(wǎng)柔性互聯(lián)，源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動，面向未來的電網(wǎng)新形態(tài)。
構建該新型電力系統(tǒng)的意義何在？它又能如何服務社會經(jīng)濟發(fā)展？
新型電力系統(tǒng)為何花落廣水
今年6月初，國家能源局組織11家研究機構編制的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》發(fā)布。該藍皮書指出，新型電力系統(tǒng)具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征。
數(shù)據(jù)顯示，我國能源活動排放的二氧化碳占二氧化碳排放總量的88%左右，電力行業(yè)碳排放占能源行業(yè)碳排放的42%左右。實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，新型電力系統(tǒng)則是關鍵載體。
按全國電網(wǎng)運行與控制標準化技術委員會給出的定義，新型電力系統(tǒng)是以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統(tǒng)。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)為何要轉向新型電力系統(tǒng)？
伴隨新能源發(fā)展，我國傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面臨三大困難：在用電側，用電負荷持續(xù)飆升；在發(fā)電側，極端天氣多發(fā)，加上燃料價格不斷升高，加劇了部分地區(qū)電力緊張狀況；在電網(wǎng)側，新能源電力大量接入，對電力系統(tǒng)安全構成一定威脅。
國家能源局相關負責人認為，構建新型電力系統(tǒng)是一項復雜而艱巨的系統(tǒng)工程，須統(tǒng)籌謀劃路徑布局，科學部署、有序推進。
廣水憑借豐富的風光資源優(yōu)勢，先行試點示范條件得天獨厚。
隨州是湖北新能源裝機占比最高、累計發(fā)電量最大的區(qū)域。截至7月底，隨州新能源并網(wǎng)裝機容量達319.19萬千瓦，新能源滲透率達到267.93%，即新能源裝機容量約達到最大負荷的2.68倍。目前，廣水新能源裝機244兆瓦，最大負荷61兆瓦，新能源滲透率達到400%。
同時，廣水電網(wǎng)屬于末端電網(wǎng)，能較為方便地脫離主網(wǎng)，具備構建新能源裝機占比可調(diào)（極限情況新能源裝機占比100%）、柔性負荷占比可變、機電—電磁環(huán)境可組合的多形態(tài)構網(wǎng)條件，可為源網(wǎng)荷儲互動等技術提供試驗場地。
2021年12月，國網(wǎng)湖北電力在廣水市探索建設全球首個縣域級100%新能源新型電力系統(tǒng)科技示范工程，供電面積418平方千米，覆蓋廣水市主要商業(yè)、工業(yè)和居民客戶，為電網(wǎng)更好地接入和消納新能源探索新路徑，助力能源結構轉型。
與大電網(wǎng)實現(xiàn)柔性互聯(lián)
“廣水新能源新型電力系統(tǒng)目前還處在第三階段調(diào)試，整體運行平穩(wěn)，初步驗證了風、光、儲獨立支撐110千伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性。”國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學研究院新型電力系統(tǒng)研究中心高級工程師胡畔介紹，廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)是“以大電網(wǎng)為支撐，新能源供應為主體，源網(wǎng)荷儲實時協(xié)同平衡運行”的新型電力系統(tǒng)形態(tài)。
廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)作為一個獨立的電網(wǎng)系統(tǒng)，可以獨立運行。但它與大電網(wǎng)的關系并非互不干涉，而是靈活的柔性互動。風、光發(fā)電“看天吃飯”，新能源新型電力系統(tǒng)不確定性較大，大電網(wǎng)可以對其進行兜底保障。
胡畔說，該電力系統(tǒng)與大電網(wǎng)相連，離不開一個關鍵設備——能量路由器。能量路由器相當于一個閥門，它類似WiFi網(wǎng)絡路由器。當能量路由器開啟時，新能源新型電力系統(tǒng)與大電網(wǎng)“牽手”；關閉時，則與大電網(wǎng)“分手”。
與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)從電源側經(jīng)輸電、變電、配電流入負荷端，電壓等級由高到低、潮流單向不同，借助能量路由器，新能源新型電力系統(tǒng)不僅可從大電網(wǎng)取電，當本地風電、光電有富余時還可反向給大電網(wǎng)送電，實現(xiàn)與大電網(wǎng)之間的柔性互聯(lián)。
廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)是百兆瓦范圍內(nèi)供電規(guī)模最大、柔性負荷占比最大，全部由風電、光伏為電源并可長期獨立運行的100%新能源新型電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)首次構建了近零慣量、全電力電子化的百兆瓦級高比例新能源電力系統(tǒng)，可實現(xiàn)全年100%新能源供電時間占比超70%，全年新能源供電量占比超80%。同時，廣水示范工程4個新能源電場、1個能量路由器站、5個光儲充站、2個變電站、17條饋線、703座臺變及相關用戶設施和儲能設施均已建模至數(shù)字孿生電網(wǎng)。該系統(tǒng)還可用于研究新型電力系統(tǒng)下的電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、電力電量平衡、故障特性等關鍵問題，為新型電力系統(tǒng)的理論構建取得創(chuàng)新和突破提供真型試驗場景。
技術創(chuàng)新支撐穩(wěn)定運行
建設新型電力系統(tǒng)需要改變傳統(tǒng)電源結構、負荷特性和電網(wǎng)形態(tài)，未來電網(wǎng)的設計和建設需適應新型電力系統(tǒng)的復雜性。
為此，廣水示范工程科研團隊研發(fā)出世界首套可支持百兆瓦級全新能源電網(wǎng)高效穩(wěn)定運行的源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制系統(tǒng)，它可實時協(xié)同控制分布式電源、儲能、能量路由器等電力電子化設備，實現(xiàn)各種極端復雜功率波動場景下，尤其是100%新能源獨立組網(wǎng)時的電壓、頻率穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行時綠色高效、孤網(wǎng)運行時安全可靠等多種需求。同時，該科研團隊還研制出新能源及儲能機組成套構網(wǎng)型控制器，并在真實電網(wǎng)中首次驗證整站構網(wǎng)特性，使得新能源發(fā)電裝備和儲能電源具備與煤電、水電等常規(guī)電源相近的性能。
自國家提出建設新型電力系統(tǒng)以來，我國電網(wǎng)企業(yè)以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展電力需求為首要目標，以最大化消納新能源為主要任務，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，努力構建并完善我國新型電力系統(tǒng)。
進一步完善我國新型電力系統(tǒng)，可把小型真實場景研究得出的結論與新能源占比不斷提高的實際發(fā)展路徑相結合，建設數(shù)字孿生電網(wǎng)，實現(xiàn)系統(tǒng)全景感知、智能決策，以云計算技術、人工智能算法為支撐保障新型電力系統(tǒng)安穩(wěn)運行。
國網(wǎng)湖北省電力有限公司黨委書記、董事長吳英姿表示：“下一步，公司要全面落實率先建成湖北新型電力系統(tǒng)的工作方案，爭取2024年在鄂北建成國內(nèi)首個跨地市區(qū)域新型電力系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)大規(guī)模建設提供湖北成套解決方案。”
