区域多元融合高弹性电网建设实景设计与探索

刘冰旖

摘 要：研究了区域高弹性电网建设实景设计与探索。结合浙江省电力公司提出的多元融合高弹性电网建设思路及重点工作，依托选定区资源现状，谋划区域多元融合高弹性电网建设综合实景示范，从能源供给侧绿色低碳、能源消费侧节约共享、能源网络侧智慧高效三方面设计综合实景示范方案，提出自主弹性的需求响应体系、智慧弹性的电力网络体系、时空弹性的源荷互动体系促进多能转换高效利用以及社会综合能效提升。

关键词：高弹性;概念设计;多元融合;区域示范

中图分类号：TM73     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）4-0047-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.010

Design and Exploration of Multi-Factor Integrated High-elstic Power Grid Construction in a Certain Area

LIU Bingyi

（State Grid Hangzhou Power Supply Company， Hangzhou 310000，China）

Abstract：Researched on the actual design and exploration of the regional high-elasticity electrical grid construction. Combined with the ideas and key tasks of the multi-factor integrated high-elasticity electrical grid constructions that Zhejiang Electric Power Corporation proposed， relying on the current situation of resources in the selected area， Plan a comprehensive exterior demonstration of the regional multi-factor integrated high-elasticity electrical grid constructions，Design a comprehensive demonstration program from three effective aspects： green and low carbon on the energy supply side， conservation and sharing on the energy consumption side， and intelligence and efficiency on the energy network side， propose that an autonomous elasticity demand response system， an intelligent elasticity electrical grid network system， and a spatiotemporal elasticity source-load interaction system all promote the high efficiency of converting multi-energy and the improvement of social comprehensive energy efficiency.

Keywords： high elasticity;conceptual design;multi-factor integrated;regional demonstration

0 引言

隨着我国经济发展和产业结构调整进程不断加快，日益增长的用能需求与紧缺的能源供应矛盾不断突出。面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，习近平总书记从保障国家能源安全的全局高度提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略[1];党的十九大会议指出要加快建立绿色生产和消费的法律制度和政策导向，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系[2]，推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系[3]。七十五届联合国大会上习近平总书记向全世界表示，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和[4]。中央财经委员会第九次会议布置了“构建以新能源为主体的新型电力系统”等重点工作[5]。

新一轮的能源革命正蓬勃兴起。浙江省电力有限公司给出了“建设能源互联网形态下多元融合高弹性电网”[6]这一解决方案，旨在破解电网安全、低碳和经济协同的难题[7]。多元融合高弹性电网是海量资源被唤醒、源网荷储柔性互动、安全效率双提升的电网[8]，其建设完全符合“双碳”决策部署要求，是智能电网建设的延伸[9]，将有效提升未来电网的核心能力，同时具备互动资源充足、运行调节能力强、综合能效优等典型特征[10]。基于能源互联网形态下多元融合高弹性电网建设思路及重点工作，笔者谋划设计区域多元融合高弹性电网建设综合实景示范，以示范建设一体践行“三个理念”和破解“三元矛盾”，打造能源互联网“试验田”和多元融合高弹性电网“样板间”。

1 选定区域现状

选定区域位于浙江省杭州市，杭州属于典型的能源受端城市，外来电占比80%以上。选定区域也是典型的大受端电网，核心地区外来电比例高达90%以上。选定区域本地电源以单机6 000 kW以下小电源为主，由于出力特性限制，主要小型电厂难以通过技术直接进行发电出力调节，弹性资源差难以参与互动。选定区域内并网小型火电厂有燃煤热电厂、生物智能（沼气）发电厂、垃圾发电厂三种形式，但是受发电技术和政策制约，难以参与电网调度互动。区域内10 kV及以上并网分布式光伏电站未配置协调控制类装置，因此无法通过技术手段进行发电参数调节，且相关发电管理机制、补偿机制、奖励机制正处于摸索试行阶段，不足以支撑区域内能源需求的高速提升。本地电源弹性调控能力不足，对安全绿色用能需求迫切。

从资源利用现状来看，提出3方面改进建议。一是可以充分利用区域内闲散用户资源，调用区域内现存的用户侧屋顶光伏、储能、备用发电机组等资源，用于降低用电高峰期线路重过载，实现负荷尖峰就地补偿。二是通过有效手段挖掘弹性负荷资源，建立有效的政策支撑与激励机制，引导用户或电动汽车有序差异化弹性用电，避免大量用户集中用电，腾出电网的安全运行裕度。三是建立深度融合的智慧能源网络，提升光伏、储能、发电机、电动汽车的智慧协同，制定有效的协同运行机制，实现智慧能源电网的多能互补、多能协同。

笔者以设计区域多元融合高弹性电网建设实景为目标，从供给侧、消费侧、网络侧三侧入手规划绿色低碳、节约共享、智慧高效的能源生态，围绕“源网荷储”高效互动着力设计绿色能源新发展建设体系，设计多元融合高弹性电网的实景图。

2 规划目标与方案

围绕建成安全高效、互动开放、清洁低碳、活力智慧的多元融合高弹性电网示范目标，从能源供给侧绿色低碳、能源消费侧节约共享、能源网络侧智慧高效三方面设计综合实景示范总体方案。

2.1 能源供给侧绿色低碳

以绿色低碳的能源供给为示范区建设的基础，通过清洁能源输送、新能源搭配储能、绿电交易补偿等多形式实现能源供给零产碳。一是提升主网优化工程，加快建设500 kV骨干网架，构建松紧有度、疏密相间的220/110 kV网架，保障主网对绿色电的输送力、消纳力，畅通绿色能源大动脉。二是深入挖掘闲散屋顶资源，大力推广分布式光伏建设，搭配空气能、风能等多种形式新能源，降低天气因素影响，畅通绿色能源毛细血管，让清洁能源充盈整个网络。三是鼓励5G基站、数据中心等用户侧储能深入对接电源侧储能，提升储能对间歇性光伏、风电等清洁能源的储备作用，在电网用电高峰发挥储能削峰的积极效用。四是将区域内所有业态融入绿电交易范围，提升区域内绿色清洁电占比。

2.2 能源消费侧节约共享

通过多能互补、节能减排、需求调配等手段打造选定区域节约共享的能源消费路径。一是打造多能互补生态，鼓励出台能源消费价格引導机制，通过工业园区综合能源、光储充一体化建设，建立污水源热泵、余热回收、蓄冷蓄热、光储智能微电网耦合的多能互补供能系统。二是搭建能源大数据共享共用云平台，汇集油、电、气、水等能源数据，科学预测用户用能需求，精准调控用户用能形态，实现创能与耗能的有机平衡，助推清洁高效、多元互补、统筹发展的现代能源体系建设。三是推进节能减排改造，通过社区用能智慧改造，实现多能全息感知、绿色节能管理、智慧安全用电的未来社区节约共享用电模板，通过建筑群空气源冷热交互系统建设，研发智慧用能系统、打造智慧用能服务体系，推动公共基础设施零碳演变。四是倡导用户主动开展低碳减排行为，推动政府出台需求响应激励政策，通过价格激励等方式引导用户主动参与需求响应，引导低碳绿色、弹性高效用能，在网荷互动中降低能耗。

2.3 能源网络侧智慧高效

通过建设供应保障、节能降损、科技创新三张网，打造智慧高效的能源电力网络。一是规划建设灵活弹性、多供少损电力网架，实现网架跨压、跨相互联互济，构建能源交互新模式。二是全面应用自动化手段提升网架资源主动配置和自主响应能力，提升设备经济运行效率，深化电能替代，减少一次化石能源输出，减少二氧化碳、氮氧化物等气体排放。三是依托线路动态增容、直流配电等技术手段，通过负荷均衡、负荷错峰优化、数字员工建设等方式强化负荷调控能力，降低电网运行损耗。四是展望能源发展前沿技术，运用柔性低频供电系统与高温超导输电系统，建设多种元素支撑的多元互动直流微网系统，提升区域整体供电能力，减少能源损耗。

3 绿色能源新发展建设体系

为推动能源互联网新发展、开创区域高弹性电网示范建设新局面，聚焦负荷侧资源、电网侧资源以及资源互动，提出自主弹性的需求响应体系、智慧弹性的电力网络体系、时空弹性的源荷互动体系，促进多能转换高效利用以及社会综合能效提升。

3.1 自主弹性的需求响应体系

深入挖掘负荷侧资源，建立自主弹性需求响应支撑体系，切实满足度夏调峰、输变电设备故障、分布式能源短时出力不足等场景的负荷需求，提高设备应急调节能力，在一定程度上延缓电网投资，引导社会绿色用能，缓解电网供需矛盾。

①构建全量需求响应资源池，唤醒负荷侧海量沉睡资源，打造全行业关联调节的需求响应负荷储备库，推动具备需求响应综合监测、可调资源响应能力查询调用、响应方案管理、用户负荷资源监视多项功能的负荷资源综合管理平台的建立。一是打造区域内变电站、开关站、线路负荷资源互动，多维度多层级实现平台互动，选定主要工业、楼宇用户建立负荷资源池。二是深入分析区域内各行各业负荷特性，细分可调节负荷资源，辨识可响应资源，实现全行业、多样性、差异化可调节负荷管理。

②推动政府出台重载变电站供电区域常态性响应、电网检修（故障）阶段性响应、储能用户时段性响应、热电厂网互动特殊性响应等需求侧响应激励政策，实现源网荷储多元互动、灵活机制支撑互动、能源互联高效互动。按照用户负荷特性等不同维度，制定实用化需求侧响应策略，完善补贴发放规则，实现精准需求响应。

3.2 智慧弹性的电力网络体系

通过配电网设备管理提升，深挖在运设备潜力，动态提升在运设备载流能力，降低配网线损，践行“节省的投资是最高效的投资”理念，建设具有智慧弹性的配电网络体系，全面促进电网高质量可持续发展。

3.2.1 两轴应用，弹性规划。大数据分析形成从用户申请用电到第N个月的负荷动态曲线，形成不同业态性质用户的负荷统计与聚类，预判未来用电负荷增长，根据用户负荷增长匹配供电裕度，提升电网资源规划利用效率，降低电网冗余，盘活电网资源，指导用户接入配套投资和规划建设投资，实现用户弹性接入。

3.2.2 设备挖潜，智能运检。完善设备数据，建立设备运行状态感知与管控体系，提升电网动态运行极限。一是以智慧感知配电网格状态为支撑，精准主变画像，支撑电网负荷柔性调度。二是构建输电线路输送容量动态调节系统，及时采集线路运行数据，布局线路动态增容。三是对达到负载率阈值的主变启动基于配电自动化的负荷自动转移，降低高负载率的主变负荷、提高低负载率的主变负荷，从而达到主变负荷平衡。四是通过架空线柱上开关融合感知提高配电线路设备运行、供电的可靠性，大幅降低线路故障造成的停电损失。五是应用虚拟数字员工实现配电网格运检智能化，通过设备状态数据和视频采集帮助巡检人员全面掌握设备运行状态，减少现场巡检次数，从而减少人工巡检成本，实现设备层面节能减排、低碳高效。

3.2.3 智慧创新，绿色输配。以高效低损的超导输电、低频输电为手段，通过直流配电促进多能互补，实现能源网络数智创新。一是利用超导电缆输电容量大、体积小、环境友好、灵活性高、重量轻等优点，实现高效低损输电新模式的探索。二是低频输电兼顾大容量电能输送的优点和投资经济性，是对工频交流输电和直流输电方式的有益补充，能够促进选定区域电网的互联互通，提升供电可靠性。三是通过变电站就地支撑直流路灯、5G基站、数据机房等直流负荷，减少中间变换环节和配电环节，满足绿色能源社会发展需求，降低负荷接入损耗。

3.3 时空弹性的源荷互动体系

承接“唤醒的资源是最优质的资源”理念，以绿色、低碳、高效为目标，开展具有时空弹性的源荷互动体系建设。

3.3.1 完善弹性互动“两库”。以目标为导向，梳理完善“弹性互动资源库”和“弹性互动场景库”。全面梳理弹性互动资源需求，量化区域弹性互动的资源禀赋，建立资源协同共享机制。全面梳理弹性互动场景需求，利用区域源、网、荷、储四侧弹性互动资源和各类应用需求的时空匹配，提升资源利用效率。

3.3.2 搭建虚拟电厂系统。将可调负荷、分布式电源、储能电站等资源聚合成“虚拟电厂”，参与到调度系统的运行控制中，参与调峰、备用、紧急控制等策略服务中。通过虚拟电厂负荷聚类大数据分析方法，生成主变短时重载问题解决方案，通过机器人交互、在线控制等手段进行虚拟电厂优化调控，对虚拟电厂开展运行成本分析、节能效果评价、供需裕度校核等。

3.3.3 广域调控平台，实现海量沉睡资源整合配置、源网荷储多方柔性互动，协同优化发电侧及储能侧资源，丰富电网调节手段，提升动态负荷的實时响应度。根据现有电网模型参数、运行方式等数据，对电网的预想故障进行快速扫描，并给出应对故障影响负荷的最优转供策略。通过开发电网运行优化策略及动态调整等措施，实现电网侧自适应优化控制、各侧资源弹性互动响应等支撑手段，提升资源利用效率。

4 结语

围绕建成“安全高效、互动开放、清洁低碳、活力智慧”多元融合高弹性电网实景示范目标，通过能源供给侧绿色低碳、能源消费侧节约共享、能源网络侧智慧高效推动绿色能源发展，以需求响应体系、电力网络体系、源荷互动体系为基石，合力完成高弹性电网实景设计与探索，助力全社会能效大幅提升，全面满足人民美好生活的用能需求，并得出以下结论。

①高弹性电网建设需要从源侧、网侧、荷侧共同发力，结合储能，多方位多维度协同运作，提供具备高弹、高效、高质的多元融合互动。

②建立了“需求响应、电力网络、源荷互动”三大体系，充分挖掘沉睡资源，提高资源利用效率;拓展电网广度、深度，提高设备弹性效率;开发具有可复制可推广的源网荷储互动场景。

③开展高弹性电网建设，推动电网由“源随荷动”转向“源网荷储”多元互动，满足电网适应发电端新能源接入消纳、用电端增加智能用电设备等新业态新业务的发展要求。

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