建设数字化智能化新型电力系统
构建新型电力系统是深刻把握发展新质生产力、推动能源转型和落实“双碳”目标的有力措施。通过互联网、大数据、人工智能等技术的深入广泛应用,传统电力系统能够通过数字化智能化改造,高效消纳清洁能源、打破电源与负荷界限,形成大基地大网络与微系统微电网并行、源网荷储协同的新型电力系统,为打造统一的电力市场、平等服务全社会提供新的保障。
传统电力系统向新型电力系统转型是能源环境约束加强、现代科技创新驱动和数学理论数字技术融合发展的必然结果,数字化智能化将推动电力系统在电力理论技术、系统运行机理和整体功能形态等方面产生新的深刻变化。
(一)数字化智能化的电力系统能够通过算法优化系统运行、整合发电和电网调节资源、增强电网调节支撑能力,从而大幅提高新能源电力占比。近年来,我国新能源利用率总体保持较高水平,但其消纳基础尚不牢固,间歇性强、随机波动等特点对电力系统灵活性调节资源的需求更大,使现有电力系统平衡和安全保供问题更加突出,导致局部地区、局部时段弃风弃光问题突出。新能源“大规模、高比例”的发展前景,要求电力系统调节能力快速提升,数字化智能化的新型电力系统能够减少调节性资源建设约束,降低区域性新能源高效消纳的风险与消纳成本,增强了新能源的高效利用。
(二)新型电力系统是同时符合电磁规律及电子规律的产供销系统,通过推动系统各元素和单元的深度融合、调节互济 ,可以有效解决交直流混联、多层级互联的电力系统理论与实践难题。目前,我国电网呈现交直流送受端强耦合、电压层级复杂等形态,送受端电网之间、高低压层级电网之间协调难度大,故障后易引发连锁反应。特别是中东部地区多条直流线路集中馈入,本地电源支撑能力弱,电压频率稳定问题严峻,同时形成多个密集通道,电网安全风险突出。随着高比例新能源、新型储能、柔性直流输电等电力技术快速发展和推广应用,数字化智能化的新型电力系统能够更好地适应系统主体多元化、电网形态复杂化、运行方式多样化的发展趋势,为电力系统安全、高效、优化运行带来更有效的保障。
(三)数字化智能化的电力系统能为全社会每个清洁能源发电单元寻找并实现装机上网、参与电力生产的最佳时机,从而适应产消关系深刻变化要求。随着终端电气化率提升和分布式能源的突飞猛进,电力消费者与电力生产者的边界逐步模糊,电力消费与生产合二为一、电力从电网到消费者的单向流动,将逐步转变为电力产消者与电网之间的双向流动。大量电力产消者的涌现提升了电网运行的复杂性,数字化智能化的新型电力系统下配电网能够提高智能灵活调节、供需实时互动的支撑能力,将有效引导电能的双向互动,实现各类分布式资源参与电力系统调节。
(四)数字化智能化的电力系统能促进电力网和算力网的加强融合,逐步适应网络化、浮点化、虚拟化的系统需求,从而持续提升系统资源配置能力。一方面,算力作为数字经济中关键的新型信息基础设施,对电力需求迫切。据统计,2022年全国数据中心耗电量达到2700亿千瓦时,占全社会用电量约3%;另一方面,新型电力系统建设需要强大的算力资源作为支撑。电力网和算力网的高度融合是必然趋势。数字化智能化的电力系统能够发挥延伸拓展为算力电力协同调度网络的潜能,提升多类型资源优化配置能力。
为适应可再生能源大规模高比例的并网要求,支撑分布式能源、储能、电动汽车等交互式、移动式设施广泛接入,新型电力系统需要进一步加大数字化智能化发展力度,推动现代信息技术和能源技术进一步深度融合,保障能源高质量供应,实现技术创新和产业升级。
(一)以数字化和智能化推动实现能源转型背景下电力系统的广域性、实时性电力供需平衡。随着新能源大规模高比例开发利用,以及新型负荷的不断攀升,电力负荷峰谷差越来越大,长周期、短周期灵活调节资源的需求不断增加。送端地区兼有电力送出和就地消纳两种需求,存在“只出不进”布局短板;受端地区兼有电力接纳和就地自给两种需求,分布式新能源时空特性研判困难。因此,有必要基于人工智能等新兴数字技术对新能源与新型负荷进行精准预测、调度与全局优化,通过引入先进的调节技术和策略,使电力系统具备灵活调节的能力,能够迅速适应负荷变化和新能源波动,增强系统供需平衡能力。
(二)以数字化和智能化推动数字技术与能源科技的创新融合和产业培育,激发数字化智能化能源技术新动能。构建以新型电力系统为中心的新型能源体系,需要赋能科技创新、推进产业培育和进一步增强能源物理系统、产业系统、治理系统的链接融合与协同互动水平。进一步加速人工智能、边缘计算、数字孪生、区块链、安全防护等数字技术,以及先进信息通信技术、控制技术与柔性直流、可再生能源友好接入、源网荷储协调控制等能源电力技术的深度融合。依托电网在能源系统中的连接枢纽地位,牵引供应端智慧电厂、智慧矿山、智慧油田发展壮大,以及需求端智能用能设备、虚拟电厂等新兴产业模式培育,共同带动能源产供储销物理系统的高效经济创新运行;通过更高水平的跨企业、跨行业数字化智能化治理能力,将产业链延伸至先进制造、数字技术等新兴产业中,丰富产业生态、增强上下游协同联动能力。
(三)以数字化智能化发展强化已有新能源产业技术的优势地位,推动新能源产业链面向全球辐射延伸。自各国减碳承诺相继出台以来,在逆全球化与地缘政治冲突影响下,全球能源供应链效率降低、贸易成本上升,逐渐形成“欧自美进口,俄向东掉头”的转折变化。我国能源产业相对薄弱,化石能源对外依存度高,新能源产业发展是走出“高依赖”困局、把握未来全球能源格局的关键胜负手。一方面,我国新能源产业技术处于全球第一梯队,已向南美、东南亚、非洲等输出多项建设工程,在形成工程技术“护城河”的过程中,需要数字技术与数字系统进一步加深加固生态壁垒;另一方面,新能源发展离不开高数字水平的坚强电网支撑。我国电力系统作为全球人造复杂巨系统之一,需要加强数字化智能化水平建设,在快速变革的国际形势下抓紧将数字化智能化建设经验推广成国际标准规范,也有利于以产业链整体解决方案的形式强化全球生态竞争力。
(四)以数字化智能化的新型电力系统带动数字时代的国家能源系统发展,保障国家能源本质安全。数字中国和数字社会的建设将进一步加速能源与交通、建筑、金融等子系统相互协同耦合,数字时代下安全问题逐渐呈现“未知大于已知”的新形态,能源资源安全与能源供应安全将逐渐成为社会基础性安全领域。数字化智能化的新型电力系统能够进一步推进网架韧性、安全质效升级,实现网架结构清晰坚强、供电能力合理充裕、设备设施健康可靠、供电质量持续提升,将成为社会良好运行“坚强可靠”的重要基础。此外,能源安全还涉及社会运行、地缘政治和国际竞争,以数字系统的广泛坚强链接,实现能源电力产业链供应链的稳固坚强,不仅可以保障用户信息、生产和生活的多维度安全可靠,还能够在新能源领域打造“非对称反制”手段,增补国家整体安全博弈工具。
加快形成深度数字化智能化的新型电力系统,满足各方面对能源工业高质量发展的期盼,需要扎实开展以下几方面工作。
(一)大力发展与新型电力系统协同的算力基础设施。推动算力与电力融合是深入实施国家“东数西算”战略的核心内容,也是构建数智化坚强电网的内生需求,要持续推动电力和算力在技术、设施和机制多方面深度融合发展,助力电力和算力协同供给调配。从电力支撑算力角度分析,一是要推动电力企业通过新建相应变配电设备、改造相应配网网架回路布局等措施,配套相应的新能源发电及储能设施,以满足各级算力节点数据中心的新增大容量负荷的供电需求和可靠性要求;二是要通过在绿电交易、储能配置、调度安排、新能源电力专线等领域给予优惠政策,助力算力产业园区实现低碳乃至零碳目标;三是要依托省市两级大数据中心,开展相应新能源出力监测预测、PUE能耗监测、算力电力联动辅助决策等服务,积极为算力企业节能降碳。从算力融入电力角度分析,一是充分发挥电力市场现货价格优势,引导算力服务与新能源出力相适应,提升算力设施绿电使用率和新能源电力的利用率;二是发挥电力海量大数据应用场景优势,深化电力行业数据和算力协同应用,积极探索“以电力换算力”等具有互利共赢性质的新模式;三是算力系统与电力系统同样面临“源、网、荷”多端多维度的时空不匹配问题,电力系统已经构建了较为成熟的五级调度模式、中长期+现货的电力交易模式,可以为算力系统所借鉴。
(二)全力推进新型电力系统的数字化智能化应用。发挥新型电力系统延伸拓展能源网络潜能,以电网基础设施和数字基础设施平台为依托,以数字化智能化推动多能互补、共享互济,实现源网荷储的协同性和融合性发展。一是以精准预测助力电网应对气候变化和新能源消纳。发挥数据驱动的事前预测和事中预警的作用,提高对新能源出力、负荷的预测精准性;二是以数据价值多角度挖掘支撑电力电量实时平衡。强化多维数据、气象状况和分析渠道的整合,建立“实时平衡机制、气候弹性分析、多方参与激励”的配套举措;三是以平台资源聚合实现柔性负荷调节,开展基于“云边协同+物联网技术+人工智能”架构的负荷互动调控,分析调节潜力,制定合理的价值分配机制,强化对源网荷储数碳互动、多能协同互补等数据驱动的新业务模式的支持力度;四是以价格实时传导引导储能与电网协调互动。引导优质储能资源参加电网协同控制,实现面向不同调节需求场景下的储能资源智能管理模式。
(三)加快拓展数字化智能化新型电力系统功能延伸。开放包容的新型电力系统运营体系将在关键环节实现内外资源有效聚合、资源优化配置和业务高效协同互动,激发电网发展新模式新业态的涌现,通过面向电动汽车、微电网、新型储能、虚拟电厂等关键问题关键场景,构建保障能源电力系统安全运营的实施路径。一是优化多元主体的电网快速接入方式。通过智能化并网、一二次设备深度融合等举措,实现分布式新能源、新能源汽车充电设施、新型储能等配网新要素友好接纳、即插即用,推动微电网集群化、多能化拓展;二是依据用户画像,提供差异化、定制化电网服务。加强对新业态差异需求的关注,提供多元化、个性化、定制化增值服务,推动完善权责利共担机制,确保微电网、虚拟电厂等主体公平承担系统调节责任;三是打造数字化智能化电网运营试点示范。在推进新能源及储能并网、输电线路智能巡检及灾害监测、智能变电站、自愈配网、智能微网、氢电耦合、分布式能源智能调控、虚拟电厂、电碳数据联动监测等领域组织一批具有示范意义的数字化智能化试点任务。
(四)以数字技术应用推动电力系统各方友好互动、共享协同。鼓励引导全社会科技企业、小微型能源生产消费企业积极参与新型电力系统建设,充分发挥“大云物移智链”等现代信息技术的全面驱动力,实现源网荷储各环节各类主体的信息共享和电力生产能力互补互济,充分释放其间所蕴含的巨大效率效益空间,形成开放互惠、社会力量全面参与、包容的新型电力系统。一是聚合能源电力企业、信息技术企业多元力量,提升能源大系统的调度调节能力。建立多时间尺度、广地域范围、快响应速度的复杂大电网仿真平台、一次能源调度平台、煤气电供暖民生保障联动平台,构建全景可感知、全局可控制、主配电网有效协同、多种能源供给实时互联的大能源调控技术保障体系。二是提升电力系统数字化智能化水平,助力各类新能源友好并网、供电供能。在不断加强电力系统发供电设备、元件的数字化智能化水平的基础上,加强与现代信息技术融合发展,构建能源工业互联网平台,对新能源发电数据科学分析和合理利用,有效促进风电、太阳能等清洁发电的科学规划、合理开发、高效建设、安全运营、充分消纳。
(五)打造“能源+数字”战略性新兴产业集群。通过能源行业和数字化智能化行业共同参与新型电力系统建设和新型电力系统现代产业协作,引导能源产业与数字产业融合创新。以数字技术创新带动能源电力产业基础高级化、产业链现代化,构建互利共享的产业生态体系。一是推动形成数字化智能化电网产业生态。围绕重点领域、关键环节、共性需求,依托重点工程因地制宜挖掘和拓展数字化智能化应用,建设以电网为中心,数字化智能化为保障的能源新生态;二是构建形成“统一开放、竞争有序、安全高效、治理完善”的电力市场体系。在市场调节作用下,实现能源互补优化、资源有效聚合、成本顺畅疏导,探索多方共享的盈利模式;三是以电网核心优势助力构建相关产业新发展格局。充分发挥能源电力产业的业务、客户、数据等资源优势,推动电网与交通、物流、通信、应急等系统互联互通。四是引导构建与数字化智能化坚强电网建设、新型电力系统相适应的权、责、利对等的政策体系。加强新业态、新领域、新模式的技术衔接和业务监管,促进能源电力产业有序建设和规范运行。
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