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国家电网公司2016年度国家重点研发计划项目简介

2016-08-15 00:09
月城清浅
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  有序接入、灵活并网、优化调度

  ——“分布式可再生能源发电集群灵活并网集成关键技术及示范”项目简介

  当今世界已经逐步进入到可再生能源时代,作为世界能源发展的一个重要趋势,分布式可再生能源的并网已成新能源革命和智能电网建设的重要组成部分。在国家“光伏扶贫”等系列政策激励下,我国分布式电源的并网呈现出区域化和园区化的快速发展态势,大规模、集群化分布式发电并网成为未来重点发展方向。

  然而大量具有间歇性、随机性的分布式发电接入电网,极大地增加了电网复杂性和管控难度。如何保障分布式发电能够规模有序、安全可靠、灵活高效地接入电网,已成为能源与电网领域的重大科学命题。为了推动分布式新能源的发展,设立国家重点专项“分布式可再生能源发电集群灵活并网集成关键技术及示范”,以期解决大规模、集群化分布式电源并网的技术难题。

  围绕分布式可再生能源发电集群灵活并网集成重大需求,项目组聚焦大规模分布式发电集群有序接入、灵活并网、优化调度三大科学与关键技术问题,重点从高渗透率分布式发电集群优化规划设计方法、高效灵活并网关键技术与装备、分层分级群控群调关键技术与系统、分布式发电集群数模混合仿真测试四个方面开展研究,创新集群规划方法、突破并网与运行控制关键技术、研发系列关键装备与系统、实施仿真测试验证,进而建设安徽金寨“区域分散式”和浙江海宁“区域集中式”两种典型应用模式分布式发电集群灵活并网示范工程。

  该项目将从共性关键技术研究、核心系统和装置研发到典型应用示范全链条布局,产出一系列具有自主知识产权的国际领先/先进水平的重大成果,研制出高功率密度、高效变流、即插即用并网关键设备(功率密度≥1.0w/cm3、转换效率>98%)与智能测控保护装置,开发区域群控群调系统,建成具有国际领先水平的区域分散型和区域集中型两种典型模式的分布式可再生能源发电集群示范工程(所有并网点THDi≤5%,反孤岛保护动作时间≤2s),实现多种类(风/光/生物质)、多容量(瓦-兆瓦)、大规模(>200兆瓦)、高渗透率(>100%)分布式能源集群的有序接入、灵活并网和优化调度。

  该项目将于2019年完成,其研究成果将大幅提高我国分布式能源的消纳水平,实现大规模可再生能源并网关键技术与装备的国产化,探索我国未来分布式电源的开发利用可行道路,切实支撑能源结构清洁化转型和能源消费革命,实现我国在智能电网技术领域整体处于国际引领地位等方面,具有广阔的市场前景和巨大的经济、社会、生态效益。

  架起能源互联的桥梁

  ——“±500kV直流电缆关键技术”项目简介

  高压直流电缆作为柔性直流输电技术的关键装备具有低碳环保和安全可靠的优点,适用于环境敏感区域及城市电网的电缆化增容改造,增强电网抵抗自然灾害危害的能力。±500千伏直流电缆代表目前挤包绝缘直流电缆的国际最高水平,其传输功率密度约为±320千伏直流电缆的2倍,可满足新能源规模化利用和区域互联中长距离、大容量、低损耗电力传输的需求。±500千伏直流电缆关键技术已成为当前国际智能电网技术与装备研发领域的前沿热点,也是制约我国大电网柔性互联的技术瓶颈之一。因此,发展±500千伏直流电缆关键技术,对保障我国电力能源安全和可持续发展具有十分重大的战略意义。

  2016年国家重点研发计划“智能电网技术与装备”专项“±500千伏直流电缆关键技术”项目的总体目标是通过研究±500千伏直流电缆制造及应用技术,掌握国产绝缘材料和屏蔽材料批量化制备工艺,完成样机研制并通过试验验证。

  项目团队由高校、研究院、制造企业和电网运行企业等15个单位的专家学者组成,高校负责设计基础理论及材料开发,研究院及企业负责材料批量化制备、装备研制及试验应用技术,构成了一支理论基础扎实、实践经验丰富、具有国际视野的“产、学、研、用”协同创新研究团队。项目组将围绕±500千伏直流电缆开发及应用的关键技术与难点,重点开展直流电缆绝缘设计基础、绝缘料与屏蔽料、电缆及附件设计与制造、电缆应用及环境适应性、电缆系统试验及运维技术等方面的系统研究。通过理论分析、仿真计算、实验研究、加工制造和试验评价,在直流电缆系统设计、材料开发、装置研制和试验评价技术方面取得突破,支撑±500千伏直流电缆产品制造及应用,为未来大电网柔性互联提供技术保障。

  近三年,我国先后在南澳、舟山和厦门柔性直流输电工程中实现了国产挤包绝缘直流电缆的工程应用,最高电压达到±320千伏。直流电缆从±320千伏提升到±500千伏,面临着需要耐受更高场强、传输更大容量和制造更大尺寸电缆系统的挑战:例如,电缆在高场强和高温度梯度下的绝缘设计,高场强、高温度稳定性国产材料开发及批量化制备,多物理场下的电场设计与大尺寸电缆系统制造工艺,直流电缆试验及运维方法有效性等。面对以上问题与挑战,需要开展深入系统的研究。

  通过该项目的研究开发,将形成我国±500千伏直流电缆核心技术;打破国外技术垄断,提升国产高压直流输电装备的核心竞争力;推动国产高端电力电缆技术开发,增强我国高压直流关键技术整体自主创新能力;为我国清洁能源应用、地区及洲际电网互联和国家能源安全提供有力保障。

  以友好互动开启电力供需新纪元

  ——“城区用户与电网供需友好互动系统”项目简介

  日前,国网江苏省电力公司牵头申报的2016年度重点研发计划项目“城区用户与电网供需友好互动系统”成功获批立项。该项目是对电改9号文的一次深度解读和实践探索,项目将结合互联网技术,推动电力供需关系从“网随荷动”向“网荷互动”转变,提高电力供给侧体系质量和效率,引领售电侧市场化改革的发展方向。

  顺应能源发展形势,促成源荷友好互动

  从能源供需形势看,我国主要城市群夏季空调负荷已超过最高负荷的1/3,电网峰谷差不断拉大。若继续建设电厂和电网设施来满足短时的高峰负荷需求,将造成社会资源的极大浪费;而传统的有序用电手段,也将极大干扰工商业用户的正常生产。实现城区用户与电网友好互动,短时降低非生产性负荷,可以更好地满足电能供应和需求平衡。

  从能源利用效率看,我国单位GDP能耗远高于发达国家水平,导致能源总量需求不断增高,而终端用户用能方式的不合理是重要原因之一。实现城区用户与电网友好互动,引导用户主动改变用能习惯,可以更好地控制能源需求总量。

  掌握项目核心技术,创新友好互动手段

  项目从模型与机制、设备与系统、工程示范等三个角度开展技术攻关。

  互动模型与机制设计研究市场竞争机制下用户用电和行为特征,设计面向需求侧主动响应的市场机制框架,建立特殊情况下的电力需求侧应急响应协调机制。

  互动设备与系统开发研究支持用户与电网双向互动的核心设备,开发基于互联网的家庭能效管理系统,研制电力供需互动服务平台及互动终端。

  互动工程示范验证研究示范建设方案,探索系统及设备测试方法,提出示范工程相关评价指标,形成用户与电网供需友好互动示范工程推广运营模式和建设指导意见。

  推进示范工程建设,凸显友好互动成效

  项目将在苏州与常州选择两个常住人口超过30万的城市区域开展示范验证,预计实现示范互动家庭用户综合能耗降低5.5%以上,示范区负荷峰谷差降低5.8%以上。

  项目成果具有巨大的推广价值。2014年全国城区用户家庭综合能耗约为3亿吨标准煤,综合能耗降低5.5%将产生经济效益近百亿元。以峰谷差每降低100万千瓦减少调频电源及输配电网配套投资85亿元估算,降低负荷峰谷差5.8%将在全国范围内产生千亿元以上的经济效益。

  新一轮电力体制改革已经拉开帷幕,电网企业只有不断适应电力用户新需求、新变化,才能更好地实现转型。本项目顺应互联网技术和电改发展潮流,成果将极大地提升用户与电网供需友好互动水平,产生显著的经济和社会效益。

  打造智能电网典范践行低碳冬奥

  ——“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”项目简介

  近年来,以可再生能源为支点的能源转型已成为我国能源发展的新趋势,国家战略明确提出大力发展可再生能源的发展目标。2015年张家口被确认为我国首个国家级可再生能源示范区,2022年绿色低碳冬奥会对可再生能源的开发利用提出了更高要求。

  在此背景下,国家科技部在2016年重点研发计划“智能电网技术与装备”专项中专门设置了“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”项目,以张家口可再生能源示范区建设和筹备低碳冬奥会为契机,着力打造覆盖智能电网全环节的综合示范工程,探索解决大规模可再生能源“并得上”和“送得出”难题,以及在可再生能源全额供电的前提下奥运专区的连续高可靠供电和低碳交通难题。

  为此,项目在综合集成我国智能电网研究成果的基础上,分别从发、输、配、用、调等环节设置5项研究课题,拟重点突破:大容量储能系统应用相关技术、大型可再生能源基地多种能源汇集外送的柔性直流和交直流混联送出技术;可再生能源高精度功率预测技术、多能源互补协调调度与控制技术;多能互补的分布式能源与微网系统及其相关技术、交直流混合配电网技术;与可再生能源发电融合的电动汽车充电设施网络关键技术。

  项目于2016年8月获批,执行周期4年半,由国网冀北电力牵头,国网北京市电力,清华大学、华北电力大学等8家高校,国网经研院、中国电科院、联研院3家电力科研机构,国电南瑞、许继集团、北京四方3家电力设备制造企业共同组成“产—学—研”结合的高水平研究团队。

  项目的实施有助于构建支撑大规模可再生能源接入和送出的新型电网形态,探索重大活动由100%可再生能源支撑的高可靠供电模式,攻克融合可再生能源的新型充电技术,实现电动汽车充电设施网络覆盖半径达到0.9公里以内。

  项目将促进大规模可再生能源的开发利用,减少弃风、弃光,根据测算,应用项目成果后的年弃风/弃光率较应用前可降低3%,等效每年多消纳新能源电量2.4亿度。项目通过解决张家口千万千瓦级可再生能源送出难题,达到显著的节能减排目的,预计2020年张家口新能源高效消纳可节煤16.2万吨,等效减少二氧化碳排放59.4万吨。

  项目通过示范最先进的电力生产、传输、转换、使用和运行控制技术,践行“绿色奥运、低碳奥运”理念,充分展示我国智能电网领域的创新成就,为世界可再生能源的高效利用和绿色用电提供可复制的成功经验,引领世界能源技术创新发展方向。

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