王成山 中國(guó)工程院院士，天津大學(xué)國(guó)家儲(chǔ)能產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)主任。長(zhǎng)期從事配電系統(tǒng)與微電網(wǎng)技術(shù)研究，在配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)與裝備等領(lǐng)域取得了系統(tǒng)性創(chuàng)新成果，技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用。成果獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng);獲何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、全國(guó)首屆創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)。所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)入選教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。
“充分挖掘電力供需互動(dòng)環(huán)節(jié)的潛力，推廣應(yīng)用負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)與智慧用能等先進(jìn)技術(shù)，解決相關(guān)技術(shù)在示范落地、市場(chǎng)推廣、運(yùn)營(yíng)體制機(jī)制上的瓶頸問題，是推動(dòng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一。”在11月9日天津召開的2023年智慧用能與節(jié)能技術(shù)發(fā)展論壇上，中國(guó)工程院院士、天津大學(xué)教授、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)智慧用能與節(jié)能專委會(huì)主任委員王成山向行業(yè)同仁分享了對(duì)于電力系統(tǒng)供需互動(dòng)相關(guān)問題的思考。
數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)電源側(cè)的風(fēng)光裝機(jī)容量快速增加，2022年已達(dá)到7.5億千瓦，占發(fā)電總裝機(jī)的29.6%，而發(fā)電量占比則達(dá)到了13.4%，盡管這一比例在逐年快速增長(zhǎng)，但與2060年碳中和場(chǎng)景下50%以上的電量占比還相差很遠(yuǎn)。同時(shí)，在需求側(cè)，我國(guó)2022年全社會(huì)用電量已達(dá)到8.64萬億千瓦時(shí)，電能占終端用能占比超過了27%，電動(dòng)汽車保有量已經(jīng)達(dá)到千萬輛級(jí)。而到2060年，這些數(shù)據(jù)還會(huì)翻倍增長(zhǎng)。這些數(shù)據(jù)表明，在“雙碳”目標(biāo)下，我國(guó)電網(wǎng)的源、荷形態(tài)都將發(fā)生重大改變。
王成山指出：“電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，在我國(guó)靈活性電力調(diào)節(jié)資源嚴(yán)重短缺的情況下，有效提升電力供需互動(dòng)水平將成為保障系統(tǒng)安全和高比例新能源消納的重要手段，先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用與用戶側(cè)互動(dòng)資源的挖掘，將對(duì)新型電力系統(tǒng)源荷平衡至關(guān)重要。”
電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行面臨空前挑戰(zhàn)
王成山表示，電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行正面臨著來自源、荷兩側(cè)的挑戰(zhàn)：電源方面，我國(guó)2022年風(fēng)光裝機(jī)突破7.5億千瓦，日最大波動(dòng)上億千瓦，預(yù)計(jì)2030年風(fēng)光裝機(jī)將超過12億千瓦，火電裝機(jī)比例逐漸降低，深度調(diào)峰能力不足，新能源出力具有波動(dòng)性、間歇性等特征，對(duì)電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)能力提出更高要求;負(fù)荷方面，我國(guó)2022年電動(dòng)汽車保有量超過一千萬輛，電網(wǎng)總負(fù)荷日最大波動(dòng)同樣超過一億千瓦，隨著空調(diào)、電動(dòng)汽車等負(fù)荷快速增長(zhǎng)，季節(jié)性用電趨勢(shì)和峰谷差愈加明顯。電源與負(fù)荷的變化，使得輸電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)。
與此同時(shí)，我國(guó)配電網(wǎng)同樣面臨著巨大壓力。據(jù)公開報(bào)道顯示，2023年河南省分布式光伏建設(shè)增速“狂飆”，截至2023年6月底，新增光伏裝機(jī)7.59吉瓦，山東等省分布式光伏也發(fā)展迅猛。分布式光伏的“井噴”對(duì)配網(wǎng)的運(yùn)行造成了空前挑戰(zhàn)。王成山分析說：“分布式電源在一些地區(qū)安全容量已高于實(shí)際負(fù)荷需求，導(dǎo)致從低壓電網(wǎng)向高壓電網(wǎng)反送電，進(jìn)而導(dǎo)致線路和變壓器過載、局部電壓過高等問題出現(xiàn)。”為此，河南省發(fā)展和改革委員會(huì)于今年11月發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)分布式光伏發(fā)電健康可持續(xù)發(fā)展的通知》(簡(jiǎn)稱《通知》)，《通知》對(duì)戶用光伏備案主體進(jìn)行了規(guī)范，開展分布式電源接入電網(wǎng)承載力評(píng)估工作，嚴(yán)格按照國(guó)家部署安排開展測(cè)算，根據(jù)配電網(wǎng)承載能力明確紅黃綠區(qū)域，同時(shí)通過加快配電網(wǎng)建設(shè)、配套建設(shè)儲(chǔ)能等方式，拓展發(fā)展空間。
前述分布式電源超過電網(wǎng)承載力的問題在全國(guó)各地都有不同程度的體現(xiàn)，國(guó)家能源局、國(guó)家電網(wǎng)有限公司也堅(jiān)持應(yīng)接盡接的原則，制訂有利于分布式電源發(fā)展的政策，實(shí)施配網(wǎng)升級(jí)改造工程，加大相關(guān)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，爭(zhēng)取提出分布式電源又好又快并網(wǎng)的解決方案。
“實(shí)際上，不管是分布式電源還是沙戈荒新能源大基地外送， ‘源隨荷動(dòng)’的時(shí)代已經(jīng)過去，現(xiàn)在我們強(qiáng)調(diào)源荷互動(dòng)，換言之，要加強(qiáng)負(fù)荷側(cè)參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的能力。”王成山進(jìn)一步解釋道，“如今，電動(dòng)汽車技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，為了讓使用更加便捷，從業(yè)者正在努力縮短電動(dòng)汽車充電時(shí)間，在快充場(chǎng)景下，一臺(tái)電動(dòng)汽車快充功率就可能超過一個(gè)小區(qū)的變壓器容量。可想而知，今后電網(wǎng)企業(yè)要滿足上億輛電動(dòng)汽車充電的難度之大。作為新型負(fù)荷，電動(dòng)汽車的充電也需要與電網(wǎng)互動(dòng)，未來如果能夠向電網(wǎng)放電，將成為負(fù)荷側(cè)一種更加有效的互動(dòng)資源。”
根據(jù)預(yù)測(cè)，從現(xiàn)在到2060年，全社會(huì)用電量還將翻番，如今配電網(wǎng)已深感“壓力山大”，未來用電量還會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)，配電網(wǎng)應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)?配電網(wǎng)能否隨用電量的增加再成倍地增加容量，即“再建一個(gè)配電網(wǎng)”?王成山認(rèn)為，這個(gè)方案既不經(jīng)濟(jì)也不可行。“過去配電網(wǎng)建設(shè)速度之所以那么快，是因?yàn)榕c城鎮(zhèn)化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了同步，早在城市建設(shè)之初，配電網(wǎng)就實(shí)現(xiàn)了與城市發(fā)展同步規(guī)劃。如今，我國(guó)城市化進(jìn)程已達(dá)到較高水平，由于環(huán)保、征地等限制性約束太多，城市電網(wǎng)要滿足更多的電量需求，已經(jīng)幾乎不可能再采取大面積規(guī)劃建設(shè)新線路擴(kuò)容的方式，必須采取新的措施或技術(shù)手段，例如著眼于將峰谷差縮小、將峰荷降低、優(yōu)化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。”王成山進(jìn)一步解釋道。
在談及未來實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的技術(shù)路徑時(shí)，王成山強(qiáng)調(diào)說：“就目前而言，最終哪項(xiàng)技術(shù)勝出要靠市場(chǎng)來決定。‘火電+CCUS’‘風(fēng)光+儲(chǔ)能’、負(fù)荷側(cè)挖潛等不同技術(shù)路線目前都有各自的應(yīng)用場(chǎng)景和限制，我們必須讓市場(chǎng)來說話，加快推進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)，讓市場(chǎng)更好地發(fā)揮資源配置的決定性作用。”
電力供需互動(dòng)重要而緊迫相關(guān)技術(shù)挑戰(zhàn)和需求頻出
據(jù)王成山介紹，電力供需互動(dòng)形式既體現(xiàn)在單側(cè)互動(dòng)也體現(xiàn)在雙側(cè)互動(dòng)，供需單側(cè)互動(dòng)、主要有供方發(fā)電權(quán)交易和需方用電權(quán)交易等方式，而供需雙側(cè)互動(dòng)包括需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠技術(shù)、源荷調(diào)度等方式。
王成山指出，電力供需互動(dòng)依賴于市場(chǎng)機(jī)制、技術(shù)和政策支持。電力供需互動(dòng)有多種目標(biāo)，如移峰填谷、系統(tǒng)調(diào)頻、局域電網(wǎng)源荷平衡、應(yīng)急保供電等，建立市場(chǎng)環(huán)境下多時(shí)間尺度、多主體、多目標(biāo)供需平衡主動(dòng)響應(yīng)的電價(jià)模型、激勵(lì)機(jī)制是亟需解決的問題。需要盡快出臺(tái)鼓勵(lì)智能用電、負(fù)荷聚合商參與等一系列政策支持。在實(shí)際應(yīng)用中，如何提高海量用戶的互動(dòng)意愿,進(jìn)一步有效聚合用戶資源并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，是電網(wǎng)供需互動(dòng)技術(shù)的難點(diǎn)，需要提出行之有效的方案。
那么，就具體技術(shù)而言，電力供需互動(dòng)有哪些主要的挑戰(zhàn)和關(guān)鍵技術(shù)?王成山指出，電力供需互動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域目前主要有三大技術(shù)挑戰(zhàn)和六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：
技術(shù)挑戰(zhàn)一是規(guī)模化靈活資源動(dòng)態(tài)聚合和特征提取。新元素大量融入負(fù)荷側(cè),加之電力市場(chǎng)改革促使多種新角色伴隨而生，使得供需互動(dòng)場(chǎng)景更加多元，負(fù)荷資源更加復(fù)雜多變，數(shù)量多、分布廣的規(guī)模化靈活資源動(dòng)態(tài)聚合和特征提取難度極大。
技術(shù)挑戰(zhàn)二是電力供需互動(dòng)的精準(zhǔn)調(diào)控。規(guī)模化可調(diào)資源具有高度隨機(jī)性與地理分散性，受參與聚合方式、通信條件、市場(chǎng)機(jī)制和多場(chǎng)景業(yè)務(wù)需求等不同的影響，有效實(shí)現(xiàn)規(guī)模化靈活資源聚合調(diào)控存在困難。
技術(shù)挑戰(zhàn)三是多層級(jí)供需互動(dòng)系統(tǒng)與控制終端。電網(wǎng)、園區(qū)、用戶多層級(jí)供需互動(dòng)支撐系統(tǒng)和終端控制能力不足，可靠傳輸、數(shù)據(jù)交互能力差，互動(dòng)功能不完善，造成落實(shí)措施繁瑣、實(shí)施效果差。
關(guān)鍵技術(shù)一是考慮隱私保護(hù)的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)。將來自不同主體、異構(gòu)、多元傳感器獲取的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行高效整合，考慮隱私保護(hù)和信息安全，做出更加客觀、合理的決策和判斷，支持市場(chǎng)機(jī)制下的電力供需互動(dòng)。
關(guān)鍵技術(shù)二是靈活資源的精準(zhǔn)畫像與互動(dòng)能力的評(píng)估技術(shù)。面向削峰填谷、新能源波動(dòng)平抑等場(chǎng)景，考慮生產(chǎn)特性、用戶行為等因素，構(gòu)建涵蓋工業(yè)、商業(yè)、居民、新型負(fù)荷等可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的精細(xì)化互動(dòng)模型，進(jìn)行多元場(chǎng)景下多類型負(fù)荷可調(diào)節(jié)潛力的精準(zhǔn)量化評(píng)估，為電力供需互動(dòng)提供支撐。
關(guān)鍵技術(shù)三是市場(chǎng)機(jī)制下基于云端的電網(wǎng)調(diào)控靶向決策。考慮電網(wǎng)、用戶、社會(huì)等多方利益訴求，包含生成日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)多階段資源調(diào)控方案，考慮多類型用戶調(diào)控指令響應(yīng)的時(shí)滯差異，通過不同動(dòng)態(tài)負(fù)荷的時(shí)序協(xié)同控制，兼顧經(jīng)濟(jì)性和公平性，實(shí)現(xiàn)多元負(fù)荷多時(shí)間尺度精準(zhǔn)調(diào)控。
關(guān)鍵技術(shù)四是用戶側(cè)基于邊緣端的供需互動(dòng)自主響應(yīng)決策。面向削峰填谷、新能源波動(dòng)平抑等場(chǎng)景，采用可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源自適應(yīng)調(diào)節(jié)架構(gòu)，支撐大規(guī)模、多類型靈活資源分層聚合自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略，實(shí)現(xiàn)多元場(chǎng)景下邊緣端控制。
關(guān)鍵技術(shù)五是電力供需互動(dòng)管理平臺(tái)。形成多層級(jí)、可視化、大規(guī)模靈活資源供需互動(dòng)管理平臺(tái)，能夠分層分級(jí)分區(qū)管理、調(diào)度多樣化源荷互動(dòng)資源，滿足區(qū)域電力系統(tǒng)的雙向協(xié)調(diào)優(yōu)化與聚合控制。
關(guān)鍵技術(shù)六是電力供需互動(dòng)邊緣控制終端。基于“云邊”協(xié)同的多源異構(gòu)系統(tǒng)實(shí)時(shí)同步機(jī)制，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化多主體控制框架與自適應(yīng)調(diào)控策略，并將其嵌入互動(dòng)控制終端，使用戶數(shù)據(jù)信息根據(jù)業(yè)務(wù)的需求自動(dòng)流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)、離散負(fù)荷和大型復(fù)雜負(fù)荷的快速、精確、經(jīng)濟(jì)控制。
展望未來，王成山認(rèn)為，還有許多電力供需互動(dòng)技術(shù)需要進(jìn)一步探索，例如推動(dòng)基于大數(shù)據(jù)大模型的應(yīng)用、著力提升工業(yè)高載能負(fù)荷靈活性、居民類海量負(fù)荷供需互動(dòng)、工商業(yè)建筑光-儲(chǔ)-直-柔互動(dòng)模式的探討，構(gòu)建切實(shí)有效的車網(wǎng)雙向互動(dòng)體系、推動(dòng)共享儲(chǔ)能、虛擬電廠等技術(shù)的大范圍、規(guī)模化應(yīng)用等。
“由于供需互動(dòng)技術(shù)直接涉及廣大用戶，市場(chǎng)機(jī)制、互動(dòng)模式、技術(shù)架構(gòu)、硬件和軟件系統(tǒng)都需要不斷創(chuàng)新并落地實(shí)施，難度大，但市場(chǎng)前景廣闊。”王成山總結(jié)道。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2023年12期，作者系本刊記者
作者：鄧卓昆
評(píng)論