一缕风变成一度电,智慧电力遇上科技奥运后发生什么?

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发布时间: 01-2517:23国家电网报社新媒体

一缕风借助科技的力量,变成北京冬奥会的一千瓦时电,最终实现冬奥会场馆100%绿电供应,这可能吗?答案是肯定的。1月1日9时34分,张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程向北京地区实时输送电力34万千瓦,全天累计输送电量472万千瓦时。

在奥林匹克运动的发展进程中,科技加持已成为一种常态。作为全球最大的公用事业企业和国有能源骨干企业,国家电网有限公司认真贯彻习近平总书记“四个革命、一个合作”能源安全新战略和关于冬奥筹办工作的重要指示批示精神,全面落实“绿色、共享、开放、廉洁”的办奥理念,自2016年开始,大力推进科技创新,先后承担国家智能电网和科技冬奥重点专项研发计划项目,攻克关键技术难关,在服务冬奥会新征程中不断实现新跨越。

△张北柔直工程中都换流站阀厅。摄影/邹明

突破——

冬奥绿电来自张北柔直,破解清洁能源高可靠性供电难题

岁末年初,河北张家口。隆冬时节的坝上,银装素裹。2020年12月23日清晨,坝上气温零下20摄氏度。±500千伏中都换流站值长田春雨打开机构箱柜门,用红外测温仪检测完毕后,又小心翼翼地擦拭防护罩、表盘和连杆上的雪水。

中都换流站位于河北省张北县的坝上草原,是张北柔性直流电网试验示范工程四端环网的重要送端换流站。投产以来,每天有318万千瓦时清洁绿电输送到北京。

2020年6月29日,世界首个实现直流电网构建的重大科技示范工程——张北柔性直流电网试验示范工程正式投运,四端带电组网成功,绿色电能源源不断进入北京电网,助力北京冬奥会场馆在奥运史上首次实现100%清洁能源供电。该工程还创造了12项世界第一,取得三大突破:首次突破柔性直流组网技术、首次将柔性直流的输电容量提升至常规直流水平、首次将柔性直流的可靠性提升至常规直流水平。

冬奥会不只是运动技能的比拼,更是科技含量的较量。党的十九届五中全会提出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。2020年12月3日,在第七届国家治理高峰论坛“新发展格局与北京冬奥”峰会上,与会专家表示,要以冬奥会为契机,汇聚各类创新资源,推动科技创新与冰雪产业深度融合,在生态环境、建筑场馆、可再生能源、新能源等示范项目中应用一批新技术和成果。

放眼张北,广袤的原野上风车林立,一排排光伏发电板闪闪发亮。坝上高原的风电、太阳能发电资源丰富,距离北京负荷中心仅200~350千米,开发条件十分优越,可开发规模高达8500万千瓦,是国家规划的大型可再生能源基地。近在咫尺的张北新能源是北京乃至华北能源结构转型的关键。

风电、太阳能发电存在波动性大、可控性弱的特征,若采用常规交、直流输电技术,需配套大量常规能源发电或储能等设施。只有保证新能源发电平滑输出,才能大规模稳定送出。在位于华北电网末端、电网结构薄弱的张北地区,消纳现有500万千瓦新能源的压力已经很大,进一步发展的空间受限。我国待开发的大量新能源均处于电网薄弱的地区,张北面临的问题在全国范围内具有典型性。

近年来,公司贯彻创新驱动发展战略,大力推进柔性直流技术研发与工程实践,提出了基于柔性直流与超高压、特高压混联的交、直流混联送出技术,构建张家口可再生能源示范区千万千瓦级电力外送系统的方案。

作为实现清洁能源大规模并网、推动能源革命、践行绿色冬奥理念的标志性工程,张北柔直工程新建中都、康保、丰宁和北京4座换流站,线路全长666千米,额定电压±500千伏,额定输电能力450万千瓦。其中,中都、康保换流站为送电端,接入新能源发电;丰宁换流站为调解端,接入抽水蓄能;北京换流站为接收端,接入首都负荷中心。

柔性直流输电是国际高压输电领域最前沿的技术,组网技术更是技术空白。公司依托张北柔直工程,组织电力、电子、机械行业近百家单位开展产学研联合攻关,攻克了系统方案论证、大规模新能源孤岛并网、新能源与直流电网交互特性、系统分析与设计、可靠控制与保护、主设备研制等世界级难题,全面掌握了这一全新领域的核心技术。同时,公司研制成功了全套关键设备,使我国在直流电网领域的技术和装备水平大幅提升。柔性直流电网技术是破解清洁能源大规模开发利用这一世界级难题的“中国方案”,为我国西部、北部清洁能源大规模开发并网开辟出一条崭新道路。

中国工程院院士、全球能源互联网研究院有限公司院长汤广福表示,电网是高比例可再生能源接入和消纳的核心环节,随着能源结构转型,电网发展模式也将随之转变。“柔性交、直流输电和柔性直流电网等技术是提升电网灵活性、可控性的重要手段。张北柔直工程的成功投运,使得100多年来的传统交流电网开始融入新的输电模式,未来必将在电网升级和能源低碳化发展中发挥重要作用。”

张北柔直工程投产后,每年可向北京地区输送约140亿千瓦时的清洁电能,大约相当于北京市用电量的十分之一,每年可节约标准煤490万吨,减排二氧化碳1280万吨。坝上高原成为新能源的聚宝盆,助力北京冬奥会场馆实现绿电全覆盖。

国家高山滑雪中心效果图。

引领——

创新能源技术服务低碳冬奥,提供可复制的成功经验

习近平主席的二〇二一年新年贺词里,“天问一号”、“嫦娥五号”、“奋斗者”号被“点名”了。从苍穹之上到碧海之下,从量子领域到能源领域,中国世界级科研成果越来越多。科技创新,成为中国高质量发展的关键词。

奥运赛场,同样如此。确保把北京冬奥会办成一届“精彩、非凡、卓越”的奥运盛会,科技是重要支撑。国际奥委会前任主席罗格曾表示,进入20世纪,金牌的背后更是“科技大战”。在这场高科技的奥运会中,要做到供电保障万无一失,必须加大电网科技创新力度。

走进北京石景山新首钢工业园区,昔日的“钢铁之城”已变身为绿色生态园区:北京冬奥组委在这里办公、冬奥训练场馆“四块冰”在这里启用、冬奥滑雪大跳台在这里建成……砖红色的冬奥供电服务中心大楼融入园区整体风格,虽然距离冬奥核心办公区不远,却十分“低调”,大楼外看不见一台电气设备。石景山供电公司相关负责人介绍,供电服务中心大楼本身也是一个源网荷储协调互动的微型综合能源示范系统,由分布式发电、冷热源管理、储能等系统和智慧家居构成。

当绿色与科技相遇时,效率和体验也将双提升。2020年12月16日,在河北张家口崇礼冬奥专区交通枢纽所在地,10千伏多能互补智能电网综合示范工程项目总工李家玮紧张地组织开展设备调试工作。该工程是国家重点研发计划项目。公司提出柔性变电站原创概念并突破关键技术,助力崇礼冬奥专区交通枢纽实现低碳高可靠供电。

随着包括源网荷的风光储输、柔性直流电网和崇礼冬奥赛区的智能电网综合示范工程相继建成,电网一、二次设备感知能力进一步增强。通过应用虚拟电厂对灵活性资源的优化调控技术,公司建立虚拟电厂参与的绿色电力交易机制及市场运营新模式,实现源输配荷协同调控,保障冬奥场馆100%绿色电力供应,供电可靠性从99.99%提高到99.999%以上。

公司持续提升自主创新能力,用科技手段降低事故风险和潜在损失,为冬奥会等重大国际性活动的可靠、优质供电服务提供新的解决方案,为可再生能源的高效利用和重大赛事绿色供电提供可复制的成功经验。

张北柔直工程延庆换流站。

成果——

展示大国担当,提升国际影响力和话语权

在国网北京市电力公司应急指挥中心内,冬奥电力运行保障指挥平台已进入调试和优化完善阶段。2020年12月18日,记者走进应急指挥中心,点开系统界面,深蓝色背景衬托下的坚强电网、保障指挥、低碳绿电等六大主题板块显示在大屏幕上。工作人员轻点鼠标,保障人员的姓名、联系方式、巡查情况等信息一目了然。

万一出现事故怎么办?平台会有哪些反应?相较于传统的单一业务指挥平台,在前沿科学技术加持下的冬奥供电保障指挥平台,将不同的保电场景汇集到一起,构建了一张更为全面的冬奥保电地图,即“电网一张图”,可实现对冬奥场馆以及周边的保电设备、线路等全时监控。

“这个平台的定位是协同冬奥保障指挥体系高效运转,助力实现冬奥会‘100%绿色电力供应’和‘99.999%高可靠供电’两大目标。”2020年12月21日,冀北冬奥供电保障指挥平台在奥雪110千伏变电站现场指挥部迭代部署完成,冀北电力信通公司副总经理娄竞说,“我们还引入数字孪生、图像智能识别、知识图谱等新技术,提升平台辅助决策能力,让它在北京冬奥会大显身手。”

近年来,公司基于数字孪生的电网可视化分析及辅助决策、基于海量异构数据和3D地理信息系统(GIS)等先进信息通信的研究与应用,让冬奥供电保障指挥平台实现数字化、智能化、互动化,进一步提升了我国能源电力行业装备技术水平,有力推动能源互联网的健康发展。

“一大批先进智能电网和能源互联网技术的集成应用并在冬奥会集中呈现,将向全世界展示我国电力技术发展水平和推进节能减排所作的努力。这彰显了我们大国的责任担当,提升了我们在新能源利用方面的国际影响力和话语权。” 中国工程院院士杜祥琬说。目前,部分技术成果正在转化为国际标准。

春生,夏长,秋收,冬藏。公司科技创新迎来“大爆发”。以冬奥会为契机,一系列重大电网工程有力支撑我国可再生能源的高质量开发利用,为今后重大社会活动提供了一种可复制的高可靠、全绿电、优质的供电解决方案。站在新的更高起点上,公司充分发挥“大国重器”和“顶梁柱”作用,勇于担当、积极作为,为加快能源清洁低碳转型、推动绿色发展提出国网建议、制定国网方案、贡献国网力量。

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