南方電網公司做好新能源配套電網規劃建設和發電電源上網接入。日前，廣西白云嶺風電場又一座風力發電機即將建成，公司黨員服務隊上門與風電場工作人員協調并網接入工作。 南網傳媒全媒體記者 李志杰 通訊員 鄒振遠 攝
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4月24日，南方電網公司在廣州發布《數字電網推動構建以新能源為主體的新型電力系統白皮書》(以下簡稱“白皮書”)。
“數字電網將成為承載新型電力系統的最佳形態。”在白皮書中，南方電網公司系統闡述了以新能源為主體的新型電力系統的背景和意義、新形勢新要求以及“數字賦能、柔性開放、綠色高效”的三大顯著特征，南方電網公司將依托數字電網建設，多措并舉構建以新能源為主體的新型電力系統，服務碳達峰、碳中和戰略目標實現。
數字賦能
為高效消納新能源提供“核心算法”
白皮書認為，新型電力系統將呈現數字與物理系統深度融合，以數據流引領和優化能量流、業務流。以數據作為核心生產要素，打通電源、電網、負荷、儲能各環節信息，發電側(發電廠等)實現“全面可觀、精確可測、高度可控”，電網側(電網企業)形成云端與邊緣融合的調控體系，用電側(用電用戶)有效聚合海量可調節資源支撐實時動態響應。
白皮書介紹，2019年南方電網公司研究提出數字電網建設的戰略部署。數字電網是以云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術為核心驅動力，以數據為關鍵生產要素，以現代電力能源網絡與新一代信息網絡為基礎，通過數字技術與能源企業業務、管理深度融合，不斷提高數字化、網絡化、智能化水平，而形成的新型能源生態系統，具有靈活性、開放性、交互性、經濟性、共享性等特性，使電網更加安全、可靠、綠色、高效、智能。
數字電網將成為承載新型電力系統的最佳形態。南方電網依托強大的“電力+算力”，通過海量信息數據分析和高性能計算技術，透過數據關系發現電網運行規律和潛在風險，實現電力系統安全穩定運行和資源大范圍優化配置，使電網具備超強感知能力、智慧決策能力和快速執行能力。這給廣東、廣西、云南、貴州、海南五省區的清潔能源消納和消費按下了“快進鍵”。
2020年底，五省區非化石能源裝機和電量占比分別達到56%和53%，居世界前列，風電、光伏發電利用率均達99.7%，區域能源結構轉型成效顯著。
白皮書提出，南方電網公司將加快建設數字電網，持續打造和完善一系列數字業務技術平臺，使之具有強大的數據管理能力、超強的計算能力和以數據驅動業務的能力；加速電網管理數字化轉型，推動電網規劃、建設、運維、物資、調度、營銷等多專業高效協同，提升企業運轉效率，確保面向眾多新能源客戶的高效服務水平；加大5G基站、物聯網、電動汽車充電樁等新型基礎設施建設配套投入；對接好國家工業互聯網和數字政府，充分利用電網企業在算力、算法和數據資源上的優勢，促進政府、產業上下游和用戶的密切互動，引導能量、數據、服務有序流動，推動能源生態系統利益相關方開放合作、互利共生、協作創新。
柔性開放
支持新能源成為主力電源
白皮書認為，在新型電力系統中，電網作為消納高比例新能源的核心樞紐作用更加顯著。“跨省區主干電網+中小型區域電網+配網及微網”的柔性互聯形態和數字化調控技術將使電網更加靈活可控，實現新能源按資源稟賦因地制宜廣泛接入。大電網柔性互聯促進資源互濟共享能力進一步提升，配電網呈現交直流混合柔性電網與微電網等多種形式協同發展態勢，而智能微電網作為提高供電可靠性和高滲透率分布式電源并網重要解決方案，將逐步在城市中心、工業園區、偏遠地區等推廣應用。此外，新能源+儲能、新能源+負荷+儲能等多元協調開發新模式也將不斷涌現。
目前，南方電網西電東送已形成“八交十一直”輸電大通道，送電規模超5800萬千瓦，年送電量超2300億千瓦時，已擁有自主化的大容量特高壓多端柔性直流輸電技術，在大型交直流電網規劃、建設和運行技術與實踐方面處于領先地位。同時，推進輸配電線路無人機巡、數字變電站、智能配電房、智能微電網、智慧園區等數字化場景建設，人工智能廣泛用于電網設備巡檢、智能客服、負荷預測等業務。
南方電網公司將依托數字技術增強對新能源的“可觀、可測、可控”水平，推進電力系統擁有更加敏銳的“五官”和更加聰明的“大腦”，支持新能源發電設備作為主力電源參與電力系統調控過程。
白皮書提出，南方電網公司還將持續利用數字技術構建堅強主網架和柔性配網；統籌利用風電、光伏、生物質等區域分布式能源資源，因地制宜建設交直流混合配電網和智能微電網，持續加強配電網數字化和柔性化水平，提升對分布式電源的承載力。
“十四五”和“十五五”期間，南方電網公司將推動南方五省區區域分別新增1億千瓦風光新能源裝機，新能源裝機將從目前0.5億千瓦增加到2030年2.5億千瓦，支撐提前實現碳達峰。
白皮書還提出，南方電網公司大力實施創新驅動戰略，增強構建新型電力系統的科技支撐力和產業帶動力。南方電網公司將積極開展新型電力系統運行機理與發展形態、基于數據驅動的新型電力系統分析與控制基礎理論和方法等基礎研究，在新能源發電大規模并網消納、數字電網、電力專用芯片、電網柔性互聯、先進儲能技術、虛擬電廠等方面實現突破，促進數字化技術與電力技術深度融合，建設支撐新型電力系統國家級創新平臺，形成具有我國自主知識產權的新型電力系統關鍵技術和標準體系。加快實現關鍵領域核心技術獨立自主和升級換代，促進形成完整且具備國際一流水平的電力產業鏈。
綠色高效
大數據技術助用戶挖掘節能潛力
據預測，到2030年和2060年，我國新能源發電量占比將分別超過25%和60%，電力供給將朝著逐步實現零碳化邁進。白皮書認為，新能源將成為新增電源的主體，并在電源結構中占主導地位。
終端能源消費“新電氣化”進程也將加快。工業、建筑、交通三大領域終端用能電氣化水平將從目前的30%、30%和5%提升至2060年約50%、75%和50%，數字經濟的快速發展也將推動終端用能電氣化水平進一步提高。
而隨著新能源和傳統電源角色發生轉變，需要有效完善的電力市場支撐，以更高效地協調不同市場主體的利益訴求，實現全要素資源的充分投入和優化配置。
白皮書提出，南方電網公司以數字技術助推能源消費革命，推動綠色生產生活方式廣泛形成。“十三五”期間，南方電網持續推進電能替代，在電鍋爐、電蓄冷、港口岸電等重點領域取得積極進展，“十三五”累計實現替代電量約1000億千瓦時，2020年五省區電能占終端能源消費比重達32%，比2015年提升4個百分點。同時南方區域(以廣東起步)電力現貨市場和區域調頻輔助服務市場在全國率先開展結算試運行，電力市場建設走在全國前列。
南方電網公司將利用數字技術構建適應新型電力系統的現代供電服務體系，提高服務效率和客戶體驗，支撐業務創新，幫助用戶不斷釋放需求潛能；通過物聯網和區塊鏈技術聚合海量用戶側可調節資源，大力建設虛擬電廠，引導用戶合理用電，促進發電側與負荷側雙向互動。
南方電網公司還將通過大數據技術輔助用戶挖掘節能潛力，促進能源消費從單一、被動、通用化的利用模式向融合多種需求、主動參與、定制化的高效利用模式轉變，推動電動汽車、電能替代、節能減排、綜合能源服務的發展；加快建設南方區域統一電力市場，豐富電力市場交易品種，探索靈活多樣的市場化需求響應交易模式。
■ 訪談
南方電網公司首席技術專家，南網科研院黨委書記、董事長饒宏
將在新型電力系統方面實現全面突破
問：與傳統電力系統相比，以新能源為主體的新型電力系統有什么特點？
答：主要體現在以下五個方面。
一、在電源側，電源開發將呈現風光新能源為主體、多種清潔能源協調發展態勢。經初步測算，到2030和2060年，我國新能源發電量占比將分別超過25%和60%，高比例新能源特性將逐步呈現。
二、電網作為消納高比例新能源的核心樞紐作用更加顯著。大電網柔性互聯將進一步提升更大范圍資源配置能力，配電網與微電網協同發展，支撐分布式新能源高效就地消納。
三、在負荷側，終端能源消費“新電氣化”進程加快，能效將進一步提升。電力電子裝備的廣泛應用在提升能效的同時將使需求側電力電子化特征凸顯。
四、規模化儲能將加快發展并廣泛應用。高比例新能源并網消納需要合理配置大規模儲能以提高系統的可控性和靈活性。
五、電力市場在資源優化配置和市場主體利益協調中的作用將更加凸顯，對靈活高效的市場機制設計與實現技術提出了更高要求。
問：構建新型電力系統面臨哪些挑戰？
答：新型電力系統將給電網可靠供電、安全穩定和經濟運行帶來新的挑戰：
在可靠供電方面，風光等新能源發電具有隨機性、波動性和間歇性，大規模并網后會對新能源資源評估與發電預測、電力電量平衡、大范圍資源配置、規模化儲能等技術提出更高要求。此外，風光新能源高度依賴自然條件，發電設備耐受極端天氣能力弱，系統保底供電和快速恢復能力面臨更大挑戰。
在電網安全穩定運行方面，新型電力系統在延續目前的復雜大電網特征的同時，由于源網荷儲各環節高度電力電子化，系統安全穩定問題更加復雜。基于傳統同步發電機的電力系統基礎理論與技術，不能滿足新型電力系統安全運行要求。
在電能供應經濟性方面，新能源能量密度小、發電年利用小時數低，為保障高比例新能源并網消納、系統安全與可靠供電，總體上系統建設和運營成本將上升。需推動電源側降本增效，用戶側節能提效，電網企業履行好保底供電責任，利用靈活的市場機制釋放源網荷儲各環節潛力，將供電成本控制在合理范圍。
問：構建新型電力系統將會給能源電力行業帶來哪些新變化？
答：電源側：新型電力系統電源結構發生重大轉變，新能源發電成為主體電源，我們初步預測，到2060年新能源發電裝機占比將超過70%；而煤電、氣電等將由主力電源轉變為輔助性的調節電源，年利用小時數將大幅下降。
用戶側：終端能源消費側“新電氣化”加快，電力用戶側能效提升需求將日漸迫切，用戶側分布式新能源應用更為廣泛，需求側參與電網調節的內外部驅動力進一步增強。
電網側：大規模新能源并網后，對電網柔性可控提出更高要求，電網的特性也因為高度電力電子化而更加復雜，電網保障電力持續可靠供電和安全穩定難度增大。
技術產業：新能源、新型儲能，中小型抽水蓄能等技術和產業將加快發展及推廣應用。
總體而言，構建以新能源為主體的新型電力系統沒有不可克服的技術障礙，關鍵在于確保安全可靠的前提下經濟上具有可行性。
問：為什么說科技創新在新型電力系統構建中處于核心地位？
答：新型電力系統內涵豐富，包括發輸配用各個環節，涉及政府、企業、用戶等多方主體，需要綜合協調處理好眾多問題。但構建以新能源為主體的新型電力系統首先面臨的是大規模新能源發電如何高效并網與消納、系統功率如何實現多時間尺度的平衡、系統各環節效率如何提升降低供電成本等重大技術難題。技術問題解決了，我們就能有更好的基礎、更大的回旋空間解決其他類型的問題。所以，我們說科技創新處于核心地位，抓住了科技創新就能抓住構建新型電力系統全局的牛鼻子。
展開來說，新型電力系統最大的特征是新能源發電占據主體地位，前面已經說到，新型電力系統與傳統電力系統相比有兩個重大區別。首先是高比例新能源特征，新能源發電出力依賴風光等自然條件，隨機性、波動性明顯，電力系統潮流復雜多變；其次是新型電力系統采用基于電力電子變換的換流器實現能量變換，具有高度電力電子化特征。這兩方面的特征使得新型電力系統與傳統電力系統相比，在結構形態、系統特性存在較大差別，控制難度更大。目前的理論與技術難以滿足新型電力系統安全運行要求，需要系統性、原創性的技術突破。
南方電網通過近20年不懈努力，已經在柔性直流輸電、交直流大電網規劃運行等領域取得了世界級的成果。我相信，通過我們的持續攻關，將在新型電力系統基礎理論、分析方法、控制技術等方面實現全面的突破，支撐提前實現雙碳目標。我們已經布局開展相關關鍵技術的研究。
我們認為，構建以新能源為主體的新型電力系統沒有不可克服的技術障礙，關鍵在于確保安全可靠的前提下經濟上具有可行性。
問：構建新型電力系統，需要重點攻克的關鍵技術有哪些？
答：為推動新能源發電由輔助電源向主體電源轉變，電力系統發輸配用等各環節都要做出重大調整。通過梳理，我們認為需要重點突破的技術主要包括大規模新能源高效消納技術、遠距離大容量直流輸電技術、數字技術與先進電力電子技術融合的大電網柔性互聯技術、交直流配電網與智能微網技術、高比例新能源和高比例電力電子裝備接入電網的穩定運行控制技術、先進儲能應用技術、促進新能源消納的電力市場技術以及虛擬電廠技術。
當然，隨著我們對新型電力系統內涵的認識不斷加深，在科技攻關方向上將會更加明確、聚焦。
南網能源院黨委書記、董事長吳寶英
構建以新能源為主體的新型電力系統是一場硬仗
問：以新能源為主體的新型電力系統有哪些顯著特征？
答：從系統結構和特性看，新型電力系統有六個顯著特征：
一是新能源逐步成為主體是最顯著的特征，綠色低碳是最重要的標志。電源結構將發生重大調整。新能源裝機將以數倍于電力需求的速度增長，規模迅速擴大。以南方電網為例，未來10年，將新增新能源裝機2億千瓦，占比提高22個百分點。2030年，南方電網非化石能源裝機占比提升至65%、發電量占比提升至61%。
二是各類電源的定位作用發生轉變。新能源成為提供電量支撐的主力。常規火電逐步成為提供電力為主的備用、調節、保安電源。儲能逐步成為重要“電源”，平抑新能源出力特性。
三是電源出力特性復雜多變。風電、光伏發電固有的隨機性、間歇性，出力不穩定，電源側出力特性變得復雜、多變。
四是需求側特性趨向復雜。分布式電源、智能家居、綠色工業、綠色建筑、綠色交通等廣泛應用，需求側由“純用戶”轉變為“電力產消者”。
五是電網全面數字化智能化。云大物移智等數字技術全面融入電網規劃建設，依托強大的“電力+算力”，數字電網具備超強感知能力、智能決策能力和快速執行能力，支撐新型電力系統安全高效運行。
六是電網運行控制難度加大。新能源發電裝機點多面廣、“靠天吃飯”，協調多點、多樣、多變的電源與系統安全穩定、可靠供電的矛盾難度加大，系統響應速度要求更快，運行方式安排、運行調度控制更加困難，智能運行調度更加重要。
問：構建以新能源為主體的新型電力系統將面臨哪些挑戰？
答：構建以新能源為主體的新型電力系統是一場硬仗，面臨的挑戰主要是解決“清潔、可靠、經濟”不可能三角的矛盾。主要有五個方面的挑戰：
一是電源科學協調發展問題。電源協調發展是電力系統科學發展的客觀要求，新能源成為主體的過程中，統籌規劃建設結構優化、布局合理、互利共贏的供給體系，是構建新型電力系統的重要課題。
二是確保電力系統安全穩定問題。風光發電機組有效慣量小，系統抗擾動能力降低。電網承受較大潮流波動壓力，頻率控制難度加大。風光發電機組容易大規模脫網，引發嚴重的連鎖故障。電力電子裝置大量應用增加系統次同步振蕩風險。
三是確保電力可靠供應問題。風光發電“靠天吃飯”特征明顯，電力支撐能力不足，影響供電可靠性。特殊氣候狀況下，風光發電出力不穩定甚至停機，加大電力供需失衡風險。
四是電力總成本增加問題。海上風電、光熱等發電成本較高，需要配套建設的備用、調節、兜底保障性電源，以及電網建設等投資，電力總成本將提高，需要隨著經濟社會發展研究解決。
五是新型電力系統相關技術問題。通過科技創新，解決新型電力系統規劃設計運行等相關技術問題。
問：南方電網公司在構建以新能源為主體的新型電力系統中將發揮哪些作用？
答：構建以新能源為主體的新型電力系統是電力企業職責所在，南方電網公司將發揮人才、技術、經驗優勢，在五個方面發揮積極作用：
一是發揮國有企業戰略支撐作用。堅持在大局下行動、為全局作貢獻，全面融入、全力服務碳達峰碳中和目標實現，加快推動能源電力綠色低碳發展，努力成為推進國家現代化的重要力量、貫徹新發展理念的排頭兵、構建新發展格局的生力軍、高質量發展的引領者。
二是在新型電力系統規劃設計建設中發揮重要作用。主動參與國家構建新型電力系統頂層設計，配合做好新型電力系統規劃，融入和服務好新型電力系統建設，貢獻南網力量。
三是數字電網規劃建設中發揮主要作用。數字電網是新型電力系統的核心，“十三五”期間，南方電網公司全面啟動了數字電網規劃建設。未來，將加大技術攻關，加快建設，構建更加綠色低碳的數字電網平臺。
四是在確保新型電力系統安全穩定運行中發揮關鍵作用。發揮駕馭復雜大電網運行的技術優勢和經驗，加快技術攻關升級，推動電網運行調度智能化。合理安排運行方式，確保新能源消納和系統安全穩定運行。
五是在綠色低碳技術研究、標準制定、電力市場、政策制定、機制建設等方面發揮支撐作用。
南網數研院黨委副書記、董事、總經理李鵬
先進數字化技術將支撐構筑新型電力系統的關鍵技術體系
問：面對新型電力系統帶來的新形勢和新要求，數字技術將發揮什么作用？
答：新型電力系統中新能源將成為主力電源，高滲透率接入的新能源將深刻改變傳統電力系統的形態、特性和機理，在新型電力系統中，系統波動性急劇增大，慣量明顯降低；系統分布式特征更加明顯、設備數量急劇增加；多元化市場的利益格局更加復雜。
以習近平同志為核心的黨中央在指導能源革命、建設數字中國、發展數字經濟方面作出一系列重大決策部署，數字技術是迎接這些新形勢新要求的重要手段，其作用貫穿于能源生產、供給和消費等全部環節。
在能源生產環節，數字技術將支撐電力系統擁有更加敏銳的“五官”和更加聰明的“大腦”，大幅提升新能源的“可觀、可測、可控”水平，支持千萬臺級新能源設備作為主力電源參與電力系統調控過程，這將奠定新型電力系統充分消納新能源、確保安全運行和清潔低碳的關鍵基礎。
在能源供給環節，數字技術將支撐新型電力系統中萬物互聯和全面感知，及時發現和預警電網風險，做出智能判斷和決策。數字技術將加速電網管理數字化轉型，推動電網多專業高效協同，確保面向千萬級新能源客戶的高效服務水平。數字技術將塑造新型能源產業生態，促進上下游聯動。
在能源消費環節，數字技術將是促進節能減排、實現“解放用戶”的關鍵手段，提供更加靈活、高效、個性化的用能普惠服務以及能效管理、節能服務等增值服務，促進負荷側可調節資源與新能源互動，滿足客戶對美好生活的能源電力需求。
問：如何理解數字電網？
答：2019年，南方電網公司研究提出數字電網建設的戰略部署。數字電網是以云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術為核心驅動力，以數據為關鍵生產要素，以現代電力能源網絡與新一代信息網絡為基礎，通過數字技術與能源企業業務、管理深度融合，不斷提高數字化、網絡化、智能化水平，而形成的新型能源生態系統，具有靈活性、開放性、交互性、經濟性、共享性等特性，使電網更加智能、安全、可靠、綠色、高效。
值得強調的是數字電網不是與物理電網割裂開的另一張信息網，也不可簡單地把電網企業數字化轉型和相關信息化工作理解為數字電網。數字電網是電網在物理世界與數字世界的深度融合后的產物，它的主要形態表現為：充分利用海量小微傳感器、智能設備、電力物聯網、分布式數據處理、數據挖掘及共享服務等技術手段，建設具備云資源存儲、大數據處理、數據驅動分析、高度智能化等能力的強大軟件平臺，能夠不完全依賴電網模型，在海量數據基礎上，通過大數據和先進計算技術，透過數據關系發現電網運行規律，推動實現電網的智能運行。
問：為什么說數字電網將成為承載新型電力系統的最佳形態？
答：我認為數字電網將成為承載新型電力系統的最佳形態主要有以下幾個原因：
第一，新型電力系統將成為具有顯著數字化特征的信息物理系統。傳統電力系統中，系統的設計、運行和分析均建立在數學模型基礎上，系統穩定措施主要涉及發電機組固有的轉動慣量，控制保護體系建立在相對“慢速”的系統機電特性上。新型電力系統具有明顯的弱慣性特點，難以建立精確的數學模型，控制保護體系必須頻繁應對更加“快速”的電磁暫態過程。電力系統的研究目標從關注“機電同步過程”發展為更多地關注“數據同步過程”，研究方法從“模型等效”發展為更多地基于“數據驅動”。
第二，數字化技術將支撐構筑新型電力系統的關鍵技術體系。電力系統傳統技術體系主要面向特定功能，包括基于測量、傳輸和計算的運行控制系統，基于計量和人機交互的客戶服務系統，以模型和參數為核心的仿真系統等，基本采用面向功能設計的集中式架構，數據基礎相對薄弱，較難滿足新型電力系統數字化發展提出的新要求。新型電力系統中，功能主體數量和數據規模激增，在解決位于不同時間尺度、不同空間維度、不同運動過程中多個復雜對象的巨系統問題時，全局數據作為基礎和紐帶的作用將更加凸顯。
先進數字化技術將支撐構筑新型電力系統的關鍵技術體系。小微傳感、芯片化智能終端提供靈活、便捷、準確、高效的邊緣感知和控制能力，形成覆蓋新型電力系統的神經末梢網絡；云計算、物聯網提供超大規模信息連接和處理能力，奠定新型電力系統關鍵的數字基礎設施；大數據提供豐富數據分析和挖掘能力，推動新型電力系統多專業融合、協同發展；人工智能提供超強算力，提升新型電力系統智能分析和決策水平；區塊鏈提供高強度的數據管理和保護能力，構筑新型電力系統生態發展的安全核心。
南網傳媒全媒體記者 張偉雄 宋超
■ 媒體廣場
4月24日，南方電網公司在廣州舉行發布會，對外發布《數字電網推動構建以新能源為主體的新型電力系統白皮書》,受到了相關媒體的關注。截至4月26日，人民日報中央廚房、人民網、新華網、央廣網、光明日報網、中新網、中國發展網等媒體平臺報道23篇次。
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