金智科技調研紀要:高比例新能源接入下的配網智慧化關鍵技術

金智科技調研紀要:高比例新能源接入下的配網智慧化關鍵技術

1、配電網發展的挑戰和機遇

以新能源為主體的新型電力系統,配電網發展的主要挑戰在於電網的目標定位將從傳統的安全執行轉換為能源供給鏈的整體系統最佳化。由此,將帶來如下新的挑戰:

(1)電網執行的不確定性。大量的可再生能源的接入會造成電力系統的功率不平衡,這對電網規劃、排程、執行控制、繼電保護等安全措施等方面都會帶來挑戰。在沒有新措施來應對電網安全執行的情況下,電網執行的風險會增加。

(2)市場化因素的影響逐漸增大。電力交易中輔助服務市場、零售市場以及碳交易市場都會對未來電網的經濟執行產生影響。

(3)使用者參與電網調節的影響逐漸擴大。未來使用者側不僅是消費群體,在市場化的支撐以及激勵機制的推動下,其在功率平衡、需求響應、電網調節機制等方面參與調節是大趨勢。

(4)儲能的廣泛應用會成為新的主題。集中式儲能和分散式儲能都有應用場景,集中式儲能在變電站、園區等地方有許多接入機會,而隨著電動車的廣泛應用,分散式儲能方面也有很多機會。配電網發展中多種能源互補效應帶來的能源網際網路技術應用將會成為重要的機遇。

2、配電網技術發展的特徵

隨著以新能源為主體的新型配電系統的發展,配電網技術發展將具有以下四個主要特徵。

首先是有源,主動配電網是有源配電網,它接入配電網之後,配電網可以就地給使用者供電,同時還有與園區或者使用者端的互動,主動配電網的雙向調節能力很強。

第二個是靈活,如果配電網沒有靈活調節能力,整個大電網的輸電到最後末端供電之間會形成一個用電的瓶頸。反過來說,如果配電網有重要的靈活調節能力、有靈活資源,不管從執行方式上、網架結構上,還是從電源和儲能的支撐能力上(功率和能量兩部分支撐),它都可以作為整個電網協同的最佳化支撐點。

第三是互動,配電網是主網和使用者端中間的環節,如果可以支撐形成多個網路單元進行支撐供電,那麼可以形成整個配電網之間的各個網路單元間有機的互動、配電網和使用者端的互動、配電網和主網協同調動的互動。

第四是最佳化,未來的配電網除了保障資源之外,經濟執行也成為重要目標。未來可能有市場介入,透過價格機制驅動它,使得配電網可以在不同的園區/中追求經濟性,會成為配電網未來的一個重要支撐點。

兼顧了上述四個特徵(有源、靈活、互動、最佳化)之後,配電網就會成為能源互聯的中間的核心支撐地帶,在未來發揮更多的技術作用。

3、主動配電網的發展機會

隨著國家雙碳政策的推進、以新能源為主體的新型電力系統的建設,未來主動配電網應用將會逐步體現出來,在有些地區分散式電源滲透率已經較高,會變成大量分散式發電裝置組成的新能源發電廠,帶來有功和無功安全執行帶來挑戰。

第一,在配電網的層面上整合大量分散式資源(可再生髮電資源、儲能資源、充電樁資源……),其中包括中壓配電網、低壓配電網,使得我們配電網裡面從無源變為有源。

第二,從控制特點來看,過去集中式控制方式在新型配電系統中將會以去中心化/分散自治的配電網技術形態體現出來。當面臨新能源接入以後,實現就地功率平衡的區域自治技術,當局部分散式電源供應就地能力不足的情況下,可從需要相鄰的電網獲得功率支撐。在傳統的配電網裡面更多是以電網物理上的安全性為主的特徵,在未來配電網形態中可能更多利用資訊系統(大量的資訊控制的接入和手段),來保證電網區域性的自治和全域性的協調能力,使得電網的控制能力更強,有源配電網或主動配電網的技術形態會有更多的資訊流和能量流的有效結合,就是區域性的分散自治和區域的協同相配合。

第三,從配電網的技術來看,傳統的配電自動化將面臨轉型升級以支撐新型電力系統。未來配電網可能進入“網元結構”,區域性上有一些區域性自治配電網的網元單元,相互之間形成一個互相協同配合的整體,之後再構成一個更大範圍的互動的網路,這樣配電網的網路拓撲更加靈活,靈活資源在配電網層面上給整個新型電力系統提供更多靈活調節的能力和資源。

第四,因為配電網是連線使用者端和大電網的中間環節,同時又是在整個電網投資資源主體中投資量和投資規模最大的一個主體。從目前來看,不管國家電網公司還是南方電網公司,在配電網上的投資已經逐步大於主網上投入,未來可能會越來越多。配電網層面與使用者資源的互動能力將很大程度上對新型電力系統的貢獻程度會越來越大。

4、雙碳背景下配電網助力新能源

如果配電網能實現有源、靈活、互動、最佳化四個特徵,配電網將能充分發揮作為能源樞紐的作用,也可以從幾個方面助力新能源消納:

第一,可以使配電網在主動配電網的核心技術支撐下,大幅提升新能源在配網側的消納。

第二,配電網可以透過跟使用者側有效互動,在使用者側園區層面上的微網/大電網之間形成相互的支撐作用。可以透過配電網和園區相互的支撐,甚至可以透過一些虛擬電廠的技術、使用者需求側響應技術、電動車有序充放電的技術,透過配電網層面上和使用者端的互動實現在更廣泛層面電網上新能源的消納(380V 消納、10kV 消納、大電網更高等級消納)。這需要市場機制和技術上的支撐。市場機制可能是碳市場、輔助服務市場等。技術支撐需要一些源網荷儲協同控制技術的升級。能源側包括在 10 千伏層面上新型電源電阻控制的技術,也包括儲能接入控制技術,也包括配電網新型的含風速電源的配網保護、處理。很多技術都要轉型升級,才能保證配網支撐新能源消納(配網側的消納、使用者側消納、大電網側消納)。

5、公司的雙碳建設能力

公司圍繞智慧能源、智慧城市兩大業務板塊開展主營業務,在“雙碳”背景下,以電力自動化技術為核心的智慧能源業務與以資訊化、智慧化技術為核心的智慧城市業務將會更緊密地融合,公司也將面臨新的發展機遇。公司積極探索“碳達峰”、“碳中和”相關業務機會,主要圍繞低碳園區建設、零碳建築建設、節能減排、城市交通等領域提供整體解決方案。在低碳園區、零碳建築建設方面,公司面向工業園區、城市建築,整合分散式光伏、地源熱泵、儲能、充電樁、三聯供等多種供用能系統,實現供能側的多能互補和用能側終端一體化,充分利用先進的能源網際網路、大資料、雲服務平臺等資訊化技術,實現區域能源供需的智慧化管理,構建新型供能用能生態鏈,共同打造綠色低碳、安全高效、可持續發展的現代化智慧園區、零碳建築。在城市建築智慧供熱方面,公司業務型別包括供熱公司的運營託管、合同能源管理、供熱數字化轉型產品提供等,可以有效扭轉供熱企業的盈利水平,實現節能減碳、降本增效。在城市交通方面,公司提供城市交通充電網設計、EPC 服務以及公交行業資料中臺應用,將綜合提升城市交通執行的社會效益和經濟效益。

6、互動問答

(1)目前低碳園區建設的市場需求?

需求比較旺盛,需求動機來自於高耗能園區的經濟利益和政府減碳要求兩方面。公司此前已承接的南京創源動力科技有限公司新能源汽車核心零部件研發生產基地智慧能源迴圈利用 EPC專案順利透過驗收,今年上半年中標了開普園區風光儲充智慧微電網專案,並陸續與部分酒店管理公司、工業園區簽署了相關合作協議。

(2)公司低碳園區建設的利潤來源?

公司目前已承接的低碳園區建設專案主要以公司總承包整個低碳園區建設專案的建設,由客戶支付總建設價款的商業模式,利潤來源主要為總承包,其中也會涉及部分自有產品的銷售收益。此外,在有的專案中,公司還會與客戶約定專案每年所節省的二氧化碳排放量的 50%由公司享有,在未來碳排放權放開交易的情況下,這部分減排量可能也會產生直接的經濟效益。後續公司將進一步探討由公司參與投資建設,園區或園區用能企業向公司支付購電及服務費用等方式進行,進一步探索新的收益模式。

(3)主動配電網對存量業務有什麼影響?會帶來哪些增量?

存量方面,傳統配電自動化未來會升級為有源,配電保護也面臨升級,排程系統主配聯動,配電終端也會有升級。增量方面,電力電子化配電裝置的控制、源網荷儲的協同控制、使用者端需求響應應用、園區綜合能量最佳化應用、市場化的交易決策軟體等都將是新增量。