《以低碳数字技术打造“未来电网”,助力绿色、智慧、高效新型电力系统构建》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-07-04
  • 根据世界气象组织(WMO)发布的最新报告,未来五年全球气温可能会升至历史新高,并很有可能短暂突破《巴黎协定》中制定的全球升温关键指标之一——1.5摄氏度阈值。迫在眉睫的气候问题,让全世界正面临百年未有之变局,进而引发以能源革命为代表的巨大变革。脱碳,并且以更快速度完成碳中和乃至净零排放,成为各国的当务之急。

    有数据统计,我国二氧化碳排放总量的80%以上来自能源活动。因此,降低能源活动的碳排放量是我国实现“双碳”目标的核心关键。但是,由于我国能源对外依存度较高,在大力发展可再生能源的过程中,如何保障能源安全同样事关重大。为此,我国提出了构建以新能源为主体的新型电力系统,以促进能源行业的高质量发展,并有效缓解能源绿色、安全、经济的“不可能三角”矛盾。

    为此,国家能源局近日发布了《新型电力系统发展蓝皮书》,描绘了以“锚定一个基本目标,聚焦一条主线引领,加强四大体系建设,强化三维创新支撑”为主的总体架构。从中不难发现,能源体系与数字技术的融合应用,能源数字化的升级迭代,将成为新型电力系统建设与完善的重要支撑。

    亮相2023国际数字能源展 以“未来电网”驱动零碳未来

    近期,由深圳市政府联合南方电网联合举办的2023国际数字能源展成功举办,通过聚焦构建新型电力系统全产业链条、打造新型电力系统多场景示范、关注数字能源领域全球前沿技术和实践等主题内容,为我国构建以新型电力系统为主体的数字能源生态体系,开创新发展格局提供了诸多有益思考与见解。

    施耐德电气亮相2023国际数字能源展

    作为全球能源管理和自动化领域数字化转型的专家,施耐德电气此次盛装出席,不但全面展示了面向“未来电网”的覆盖项目全生命周期的创新解决方案,还结合观点鲜明,干货满满的主题演讲,深入阐释了施耐德电气将充分发挥能源管理及数字化技术领域专长,并携手更多合作伙伴,以创新与协作,全面支持能源产业高质量发展,助力中国新型电力系统与新型能源体系建设的初衷。

    对此,施耐德电气全球副总裁 Mario Haim 博士在现场表示:“在气候变化和能源转型的大背景下,能源系统正在发生深刻变化。施耐德电气认为,电力是最高效的能源形式,也是实现脱碳的最佳载体,而当其与数字化技术融合应用,将在供电侧与用电侧的协调优化方面发挥重要作用,如促进清洁能源并网消纳、优化能源产消、加强供需两端统筹协调等,而这也正是中国新型电力系统加速构建所需要的,即用更绿色的能源发电,用更智慧的手段配电,用更高效的方式用电。”

    施耐德电气全球副总裁 Mario Haim 博士出席并发表致辞

    “施耐德电气作为全球能源管理和自动化领域数字化转型的专家,在能源管理及数字化技术应用方面积累了丰富的经验,依托EcoStruxure架构与平台,我们得以将电气化与数字化融合,进而打造覆盖全生命周期的‘未来电网’解决方案,助力‘源网荷储’各个环节的协调互动,加速新型电力系统构建,从而有效提升新能源的消纳能力、实现电网的安全高效、及负荷的可控可调等,助推可持续发展。”

    低碳驱动,数字赋能,献计新型电力系统建设

    正如Mario Haim 博士所言,新型电力系统的构建与应用重在应对供电侧与用电侧双端面临的挑战。一方面,新能源接入比例持续提升,并逐步将成为系统装机和发电量结构的主体电源;另一方面,电能在消费侧占比正持续提升,并势必成为未来消费的主体。然而,由于新能源的波动性,以及越来越多新负荷场景的不可控性,电网需要极大提高弹性、灵活性和互联互济的能力,起到敏捷可靠配置资源的作用。此外,新型电力系统并不是一个全新系统,而是对现有电力系统的升级,因而要在满足提高供电连续性、电能质量、运维效率、降低全生命周期成本需求的同时,兼顾新能源和新型负荷的接入需求,以支撑“双碳”目标落地。

    施耐德电气认为,新型电力系统的特点对配网的质量与功能等方面提出了更高要求,未来更多变化与创新应用也将更大程度聚焦于这一领域。低碳和数字化是未来电力系统建设的两大“支柱”,低碳技术能够驱动并加速能源绿色转型升级,数字技术则可以赋能并提高供电服务能力,从而更有效地发挥“未来电网”在灵活、弹性及可持续等方面的多重优势。

    在低碳转型方面,施耐德电气既是践行者,也是赋能者。施耐德电气是RE100成员,并计划2025年完成运营层面的碳中和。此外,施耐德电气去年还发起了“减碳大师”计划,携手更多客户及合作伙伴,打造更广泛的绿色生态圈,促进产业链整体减碳。在此基础上,施耐德电气的绿色产品和解决方案所创造的营收目前已占到总收入的70%以上,并且对于环境友好型产品的研发创新脚步也在持续加速。

    在本届展会上,施耐德电气展示了多款绿色低碳产品与方案,其中包括无六氟化硫(SF6-Free)环保中压开关设备,通过使用干燥空气代替六氟化硫气体作为绝缘气体,结合并联真空开断技术,该系列设备能够更加安全、可持续地利用数字化技术解锁数据价值,并有效控制碳排放和成本效益;ComPacT NSX HB3 1150V交流塑壳断路器以及 Acti9 DC系列微型断路器在内的系列产品,则面向光伏储能场景,可满足多电流场景应用,能够提高发电环节的可靠性与承载力,减少人工运维成本,打造更绿色低碳的光伏储能解决方案;此外,直流系统 DC Systems则可提供“光储直柔”完整解决方案,利用先进电力电子技术和弹性的直流控制模式,有效控制建筑周边的光伏发电、电池储能功率调节、直流配电保护、柔性负荷控制,实现建筑的减碳目标。

    结合绿色低碳产品设备,及碳中和可持续咨询服务,施耐德电气能够为客户定制环境友好型园区解决方案,帮助企业制定可持续发展的管理体系和落地路径,并可通过主动的楼宇能效管理、微网系统、绿电使用等助力客户提升能效,优化新能源使用效率,并推动园区整体实现净零排放。在此方面,施耐德电气携手国网无锡供电公司、国网无锡综合能源公司通过综合能源利用和管理,实现对资源消耗的持续监测与能源系统的大幅优化,最终达成100%绿电消费,工厂运营阶段平均度电成本降低7%,减少基础设施投资500万元,年生产效率提升14%,年减少碳排放2398公吨,年功耗降低721MWh,成就了“无锡零碳灯塔制造示范园”,为促进用户侧综合能源利用与可持续发展树立了标杆。

    无锡零碳灯塔制造示范园

    在数字赋能方面,施耐德电气创建了从设计、建造到运营维护的数字化工具组合。一方面,施耐德电气可以通过利用数据集成中心,将客户相关数据进行统一集成和分析,且兼容外部系统,以完成前期设计和系统集成环节,并利用软件组合,帮助企业提高运营效率;另一方面,施耐德电气还能够借助传感技术和通信技术实现设备状态连续性监测,通过边缘计算实现站室级的信息汇集和分析,并结合数字孪生的3D可视化技术,实现站室可视化监测,状态预警,并提供运维辅助建议及虚拟现实培训,从而解决有限的运维资源与快速增长的电力设备之间的矛盾,有效提升运维效率。

    展会中,施耐德电气带来了全新升级的ETAP一体化数字孪生平台,通过对能源管理和工程方案系列软件的深度整合,该平台可为电气系统从设计、建造、运营到维护的全生命周期搭建虚拟模型并提供全面分析,并可提供新能源消纳解决方案的设计及系统工程交付,保障电力系统在新能源接入前后的安全稳定,激发新能源应用的潜在价值;全新一代EvoPacT HVX中压智能真空断路器,除了绿色低碳、性能更优等特点,还通过非侵入式数字原生设计,搭载了包括配柜监测、真空灭弧室监测、机械特性监测、动态温升监测、二次元件监测、剩余电寿命监测等智能方案,让用户随时随地对设备各项状态轻松掌控。在此基础上,结合MPS配电咨询、EcoFit适配改造等多种服务,施耐德电气能够进一步帮助客户在全生命周期保障电气资产安全运营、持续优化与延寿焕新。

    依托完整的数字化解决方案,施耐德电气与合作伙伴携手,成功为某新区打造了新一代配电物联网。目前,该区域公网侧开关设备已全部更新为环保气体绝缘设备,并内置有气体压力、测温、局放、机械特性等状态监测传感器。同时,区域内包括开关站、配电网、管廊、电缆等环节产生的数据也均可以通过辐控系统,及施耐德电气的状态分析软件,以APP模块的形式部署到客户的数字孪生后台,从而实现对各类设备状态的监测及数据分析,并据此相应提出设备的状态评价结果,给出改善建议,以全透明、全在线的方式辅助运维,并切实保障用户的信息数据安全。

    通过对低碳及数字化产品方案的不断创新,以及更广泛生态的建立与协作,施耐德电气如今正帮助全球超过300亿欧元的资产进行能源管理,并有望到2025年助力客户减少8亿吨二氧化碳的排放。在中国,施耐德电气同样致力于不断完善和丰富自身能力,以及积极的实践与合作,赋能我国能源电力领域可持续发展。未来,施耐德电气期待通过更多低碳和数字化的解决方案以及咨询服务,深入参与到新型电力系统的建设工作中,与中国伙伴一同打造绿色、智能的“未来电网”,推动双碳目标的稳步落实。

  • 原文来源:https://power.in-en.com/html/power-2432067.shtml
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    • 实现碳达峰碳中和目标,是我国实现可持续发展、高质量发展的内在要求,也是推动构建人类命运共同体的必然选择。 构建以新能源为主体的新型电力系统,应把握新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局。深入扎实推进能源革命,亟需开展新型电力系统建设,发挥在全社会能源资源优化配置中的积极作用,促进能源绿色生产和消费,推动能源发展战略落地,支撑“双碳”目标的实现,为建设人与自然和谐共生的美丽中国夯实基础。 构建新型电力系统意义重大 新型电力系统强调数字技术进步与用户需求驱动变革,以建设多样互动的用电体系为目标,推动“源网荷储”的互动融合和关键技术应用,更加关注电网数据价值的发现和创造。构建以新能源为主体的新型电力系统,是全面建设社会主义现代化强国的物质基础,具有重大的历史意义和现实意义。 构建新型电力系统是新时代生态文明建设的创新实践。构建以新能源为主体的新型电力系统,一方面将大幅减少化石能源开发和使用带来的环境污染,兼顾了发展和保护之间的关系,实现人与自然和谐共存;另一方面将提供更加绿色低碳的能源供给,服务人民用上清洁能源,为人民创造更多的自然财富、生态财富,满足人民日益增长的优美生态环境需要。 构建新型电力系统是实现碳达峰碳中和目标的重要手段。电力是我国是碳排放量占比最大的单一行业,直接影响碳达峰碳中和的整体进程。大力发展新能源是推动能源绿色低碳转型的重要选项。随着“新电气化”引领终端电能替代加速推进,终端能源绿色消费比重将持续提升,电力转型发展对于实现碳达峰碳中和目标将起到决定性作用。 构建新型电力系统是贯彻能源安全新战略的时代需要。能源安全就是国家安全。自“四个革命、一个合作”能源安全新战略提出以来,我国步入能源高质量发展阶段,建设新型电力系统,把能源的主动权掌握在自己手中,确保能源供应保障能力不断提升,能源消费结构优化成果显著,能源技术创新日新月异,能源体制机制持续优化,从而促进用能绿色低碳化,助力改善终端用能能效水平,推动形成能源节约型社会,构建能源消费新格局。 数字电网是支撑新型电力系统的关键载体 2019年,南方电网公司研究提出数字电网建设和数字化转型的战略部署。数字电网是以物理电网为基础,以数据为生产要素,新一代数字技术与电网技术、业务、生态融合的新型能源网络。数字电网依托强大的“电力+算力”,以物理电网为基础,以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等数字技术为手段,有效贯通电力系统各环节的能量流、信息流、价值流,在数字物理电网、数字企业运营、数字客户服务、数字经济产业四大方面承载新型电力系统建设。 数字化转型、数字经济已成为国内大型企业培育竞争新优势的普遍选择。数字电网作为“云大物移智链”等数字技术的综合应用,成为了数字技术在电力系统的代名词。新型电力系统在数字电网的支撑下,数字技术与物理系统将深度融合,整个系统表现出设备全面互联感知、系统运行规律和潜在风险精准分析、系统智慧决策、指令快速执行、业务高效协同等特色。以数字化改造提升传统电网业务、打造现代供电服务体系、开拓能源数字经济市场,是电网企业主动适应新型电力系统面临的新形势、新要求。在能源革命和数字革命相融并进的当下,数字电网将有力推进能源革命向纵深发展,成为支撑新型电力系统的关键载体。 以数字电网为基础科学构建新型电力系统 作为保障国家能源安全的“国家队”,电网企业必须发挥“引领者”作用,坚持不懈推进科技进步与创新,推动实现以数字电网为基础的新型电力系统构建目标。 一是建立发挥数据要素作用的体制机制。推动电力数据要素市场机制建设,加快完善电力数据要素市场化配置,以数据要素的合规高效流动,推动电力系统中其它生产要素充分融通,实现以数据流优化电力流、业务流,进而带动全要素生产率提升。加强对数据资源确权、流通交易、收益分配等数据基础制度研究,通过研究制定数据资源确权、交易、收益分类等一系列机制,充分调动电力系统数据资源流通活力。 二是推进新型电力系统建设的协同规划机制。完善支撑能源绿色低碳发展机制,大力发展新能源,坚持集中式和分布式并举,支持广东海上风电积极稳妥发展,推动西南水电加快开发、沿海核电安全发展、气电合理发展。建立跨省跨区通道输送高比例绿色电力保障机制。建立新能源开发与配套电网建设协调推进机制,建立新能源配套电网项目核准绿色通道,保障新能源与配套电网项目同步核准。将新型电力系统成本分摊问题在规划阶段予以考虑,专门设立能源规划研究机构开展规划编制,建立跨部门协商工作机制,加强能源规划与其他规划的衔接协调。加强数字技术在新型电力系统协同规划的应用,推动新型电力系统建设申请、需求分析、规划设计等全流程线上审批,推动数字电网对电力系统规划建设综合研判,科学规划新能源建设规模、并网时序及空间布局。 三是建立适应多元主体协同发展的电力市场机制。建立健全适应新型电力系统的电力市场机制,充分发挥市场在能源资源配置中的决定性作用,以多元竞争的市场格局推进能源结构转型。加快建立多层次统一电力市场体系,加快国家电力市场建设,积极在南方、京津冀、长三角等条件相对成熟的地区探索建设区域电力市场,健全全国、省(区、市)、区域各层次电力市场体系。积极探索区域市场架构和模式。推动数字技术支撑电力现货交易、绿电交易。 四是引导绿色能源生产消费的价格形成机制。推动新型电力系统建设,需要继续统筹发挥好“有效市场”和“有为政府”作用,科学形成、准确释放价格信号,积极引导绿色能源生产消费,推动电力资源优化配置。完善新能源发电上网电价形成机制,以市场化方式发现新能源发电上网或差价合约价格。加强研究大数据技术支撑快速、准确测算电网各环节成本应用,为新型电力系统建设下政府部门厘清电力各环节成本、有序推进电价改革、准确核定输配电价提供技术手段。 五是推动建立电碳市场协同运营和发展机制。电力市场、碳市场在核心产品属性、政策、技术、市场定位等方面联系密切,市场间的协同运营,有利于形成合力,充分发挥综合调控作用。探索电碳产品互认联通机制,加强电碳市场监管模式和治理体系的统筹谋划,构建电碳计量技术体系,利用大数据加强电碳排放核算。 六是支持绿色产业技术发展的金融服务体系。当前,金融服务对新型电力系统建设相关的绿色产业、节能减排等技术创新的支持力度有待提升,亟需充分发挥金融服务实体经济的作用,助力建设新型电力系统。拓宽支持绿色产业技术发展的投融资渠道,完善绿色产业技术的金融支持政策,加强基于电力数据的碳金融体系研究。 七是完善新型电力系统建设的相关治理体系。推动新型电力系统建设,需要进一步完善治理体系、提升治理效能,为新型电力系统建设提供更加坚实的制度保障。建立健全新型电力系统建设相关法律和标准体系,运用大数据、互联网等数字技术提升能源产业链的监管治理能力,优化新型电力系统科技创新环境。 南方电网公司深圳数字电网研究院承担着企业责任和社会责任,坚决贯彻落实国家重大部署,以数字电网推动新型电力系统发展,将通过研发创新、技术平台、软硬集成、实施运营四大体系,深耕互联网、物联网领域,具备全过程的IT服务价值创造能力,支撑新型电力系统信息化、数字化、智能化建设,为我国实现碳达峰、碳中和目标贡献力量。
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    • 构建 新型电力系统 是建设新型能源体系的重要组成部分、是一项复杂而艰巨的系统工程。9月15日,在经研论电?2023年新型电力系统创新发展研讨会上,专家学者围绕“加快新型电力系统构建 ”主题,研讨了新型电力系统构建的新理论、新模式,分享了新型电力系统构建的科研成果、技术创新和实践经验,共同推动“双碳”目标落地。 规划引领新型电力系统构建 国家能源局电力司副司长吴冰表示,要坚持系统思维,聚焦需要突破的基础理论、关键技术和需要探索的管理模式、政策机制,加快取得新型电力系统建设实际成果。 国网经济技术研究院有限公司执行董事郭铭群认为,要在保障能源安全的前提下有序推进能源绿色低碳转型,践行创新驱动发展战略,发挥科技在能源发展中的关键支撑作用,增强能源转型发展动力。 规划是确保新型电力系统安全性、经济性、可靠性和充裕性的重要基础。中国工程院院士舒印彪说:“要以电为中心、电力系统为平台,以清洁化、电气化、数字化、标准化为方向,从生产侧和消费侧协同发力,推进能源低碳转型。” “为应对新挑战,要大力发展中短期及长期储能技术,并建设源端及受端多能互补综合能源电力系统。”中国科学院院士周孝信表示,要建立大规模能源电力输送系统,打造结构合理、安全可靠的配用电网络,推进能源电力市场建设,保障新型电力系统健康运行。 国网经研院总经理董朝武认为,行业内需从加强分布式光伏开发潜力预测、变革配 电网规划 理念、提升灵活性资源配置水平等方面入手,进一步推进电网规划向源网荷储全链条延伸,促进能源电力安全可靠供应与创新发展。 谈及构建新型电力系统实施路径时, 国家电网 有限公司发展部新型电力系统处副处长赵红嘎强调,要统筹好发展与安全、清洁转型与电力供应、存量与增量的关系,推动源网荷储各环节共同发力,积极稳妥构建新型电力系统。 国网经研院主网规划中心副主任蒋维勇认为,目前能源转型形势下,“沙戈荒”大型风电光伏基地在通过外送直流向受端输送高比例清洁电力的同时,可考虑利用配套煤电、储能等提升晚高峰时段的送电能力,支撑电力保供。 我国海上风电发展前景广阔。水电水利规划设计总院新能源研究院副院长王跃峰认为,深远海风电规模化开发是重要趋势,建议推动重大海上输变电工程建设。 技术创新助力绿色电网建设 随着电网设计水平的不断提升和数字化技术应用的逐渐成熟,设计技术创新在新型电力系统构建中的应用价值凸显。针对新型电力系统构建给电网建设和发展带来的变化,专家学者在智慧设计、评审咨询新形势、绿色电网建设、关键设备增效、零碳光伏建筑能源系统应用等方面提出了一系列建议。 中国宏观经济研究院能源研究所副所长孙颖认为,在“双碳”目标指引下,实现能源转型既是破解我国能源资源约束的根本途径,也是塑造我国竞争新优势的战略抉择。要立足我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期,逐步转向碳排放总量和强度双控制度,加强碳排放双控基础能力建设。 党的二十大报告指出,必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。国网经研院设计咨询中心副主任洪倩介绍,国家电网有限公司严守生态保护红线,不仅从电网环保理念、管理制度方面创新,还结合典型工程开展超高海拔电磁环境控制、变电(换流)站原始地貌自适应布置及生态脆弱区植被快速恢复等电网环保技术创新。 电网建筑信息模型(BIM)可助推电网行业生产方式数字化转型。中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司副总工程师傅强认为,为实现数据结构化、设计智能化、成果三维化、应用泛在化的电网BIM数字化转型愿景,应全面推进自主可控的“E+”电网BIM数智综合解决方案,让电网全生命周期建设更可见、更智能。 国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出,提高建筑终端电气化水平,建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。天津大学建筑学院副院长杨崴提到应探索建设融合“光储直柔”建筑和微电网概念的零碳太阳能建筑模型及其能源系统,为未来城市变电站建设提供了一种设计理念。 直流输电技术研究服务新能源开发 “沙戈荒”大型风电光伏基地项目并网及海上风电大规模开发,迫切需要更为灵活可靠的输电技术。基于电力电子设备的直流输电技术重要性日益凸显。除了传统的常规直流输电技术,特高压柔性直流输电技术、远海风电二极管整流送出技术、低频送出技术等蓬勃发展。 国网经研院副总经理马为民介绍,国网经研院聚焦解决交直流混联系统安全稳定运行问题,创新提出基于多源换相换流器的新型直流输电技术。该技术能够解决现阶段直流输电的痛点问题并快速落地应用。 国网经研院直流中心科研人员苑宾说,为满足未来大规模广域分布的新能源的高效汇集与远距离送出需求,需要开展新型直流输电技术研究,破解高比例电力电子化系统带来的振荡、故障穿越、保护灵敏度方面的难题,提升系统安全可靠运行能力。 “大规模电力电子器件是支撑直流电网安全、高效运行的关键。”清华大学电机系副主任余占清认为,开发强换流、低功耗、高可靠的新型电力电子器件刻不容缓。 “宽频振荡问题是限制新能源并网的重要问题之一。建设新型电力系统,需要重点研究先进的控制方法,解决相关问题。”东北林业大学计控学院电气工程系主任刘一琦说。