牛!这项技术斩获国家科技进步奖二等奖
发布时间:2021-11-10
转载:浙电e家

摘要:牛!这项技术斩获国家科技进步奖二等奖

2020年度国家科学技术奖励大会于日前在人民大会堂举行。国网浙江电力牵头完成的“含高比例新能源的电力系统需求侧负荷调控关键技术及工程应用”成果获国家科技进步奖二等奖。

 

“含高比例新能源的电力系统需求侧负荷调控关键技术及工程应用”到底有什么魔力?

 

来,让我们一起跟随小e了解下这项成果究竟牛在哪里。

 

首创大容量集中式负荷跟随新能源的平滑调控技术

大力开发新能源是构建清洁低碳、安全高效能源体系的根本途径。据相关测算,太阳每秒钟投射到地球的能量,就能够满足地球一年的用电量。经过多年的高速增长,我国风光新能源装机规模已居世界第一位,在电源装机中占比超过了水电,成为第二大电源。在我国部分地区,高比例新能源电力系统已成为现实。

 

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∎ 嘉兴海宁尖山新区的50兆瓦光伏发电项目|陈俊华 摄

 

风光新能源呈现不确定性和间歇性,含高比例新能源接入的电力系统需要更多的调控资源,但我国贫油少气,电源以煤电为主,抽蓄、燃气发电等灵活电源占比较低,发电侧调控资源已得到较为充分利用。随着新能源接入比例不断升高,传统“源随荷动”的电力系统调控体系面临严峻挑战,亟待挖掘需求侧负荷调控潜力,实现“荷随源动”以支撑新能源消纳和电网安全运行。

 

该项成果创造性提出了电磁耦合预测反馈控制方法,首创了大容量集中式负荷跟随新能源的平滑调控技术,解决了集中式负荷秒级平滑控制难题。在新能源富集区域,实现了吉瓦级集中式负荷参与电网一次调频,负荷动态调节特性满足火电机组参与一次调频的国家标准,极大提升了新能源富集区域的源荷匹配程度,示范项目风电就地消纳率提升12%。

 

突破海量分散式负荷稳定调峰的聚合控制技术

我国用电结构以工业与商业为主,在风电资源富集的北方,冶炼负荷耗电量占全社会用电量10%以上(部分地区占比超过30%);在分布式光伏高比例渗透的东部地区,夏季空调负荷占最大负荷比重超过40%,仅浙江省空调容量就超过三峡电站装机。这两类负荷参与电网新能源消纳潜力巨大。

 

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∎ 分布式新能源及灵活负荷分层协调调控示意图

 

但是空调等商业负荷单体容量小、分布散、特性差异大,难以持续、快速、大规模调控以响应高比例新能源电力系统日益严峻的调峰形势。

 

传统的负荷控制模式是稳控切负荷,影响生产连续性与用户体验。发达国家近年来多采用市场机制引导负荷响应,速度较慢,且多以民用负荷为对象,停留在中低压小容量示范阶段,未实现电网级规模化应用。

 

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∎ 分层协调调控示意图

 

该项目构建了与发电机等效的空调负荷频域控制模型,提出了负荷多维度动态调节性能的表征方法,实现负荷调控与现有电网调度控制体系联结。发明了海量分散负荷分层-汇聚的集群控制技术,解决了负荷调控功率反弹难题,实现大规模负荷集群持续小时级稳定调节,满足电网尖高峰期调峰需求,为新能源创造了消纳空间。

 

构建源荷多重不确定性条件下的电网运行风险控制体系

 

异质负荷集群经各类通讯汇聚参与电网调控,存在明显时延,极易超调或欠调,新能源电力系统源荷多重不确定性叠加,传统的电网运行技术难以支撑多约束条件下的电网风险控制与安全运行。

 

该项目提出了基于多状态模型的电网运行风险表征方法,发明了多时间尺度协调、有功-无功综合的电网风险控制技术,实现了负荷响应电网电压越限、阻塞及故障,显著提升了光伏高渗透的 B/C 类供电区的供电品质,可靠性水平达A/A+供区标准,为强不确定性环境下的电力系统提供了风险控制方案。

 

该项目负荷调控显著区别于传统切负荷模式,具有平滑、友好的核心技术特征,创新了电磁耦合的电解铝平滑调控模式,为电力系统提供了大容量的调频资源,同时提高了电解铝工艺的可控性,提升了高纯铝产量。技术推广应用后,有效防止炼钢负荷功率冲击造成的新能源连锁脱网,提升了示范工程风光发电量占炼钢用电量的比重,改善了高耗能行业的用电能效和清洁度。规模化应用于商业楼宇,提高了楼宇的屋顶光伏本体消纳水平和峰谷电调蓄能力,所应用的典型楼宇用电能效相比于国标提升27.6%。

 

七年磨一剑 前景无限好

 

据悉,该项目由国网浙江电力联合浙江大学、源牌科技、清华大学、中国电科院等产学研用团队历时7年完成技术攻关。一起来看看它在浙江嘉兴的落地应用实况吧。

 

2019年,国网浙江电力联合嘉兴海宁市人民政府通过打造智慧互联的主动配电网,建设分布式光伏发电集群控制、公共电网分布式储能、源网荷储协调控制平台、电能质量采集监控终端、光纤电力通信网络,从而有效“驾驭”不稳定的新能源,实现其可储存、高消纳,让“好风光”转化为“好用能”。

 

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​∎ 2019年8月29日,全国首个城市级能源互联网示范项目在浙江嘉兴海宁建成|陈俊华 摄

 

通过该获奖项目一系列关键技术的应用,目前嘉兴电网已将需求侧负荷调控作为应对高比例分布式光伏渗透挑战的解决方案,实现了装机占地方电源装机62%、局域渗透率超80%的2.4吉瓦光伏全额就地消纳,应用区域户年均停电时间由2.6小时降至16分钟,中/低压母线电压越限次数下降65.4%。推广应用至全省后,实现9.3吉瓦浙江分布式光伏全额就地消纳,有效减轻了发电侧调峰、调频压力,减少发电煤耗120万吨/年。在嘉兴,海量需求侧资源正被唤醒,一条让光伏和楼宇空调资源化为电网级规模化备用能力的技术之路正缓缓铺就。

 

此外,该项目成果现已规模化应用至浙江、河北、上海、重庆等11个(市),覆盖中国尊、浦东机场等657栋大型建筑及上海世博园等48个园区,并推广至吉隆坡、迪拜等地的海外工程中。

 

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