無論是從資源枯竭的角度，亦或環(huán)境氣候變化的影響，我國能源系統(tǒng)從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)再到消費(fèi)側(cè)，對于可再生能源的有效開發(fā)利用都注以無限的期許和關(guān)注。盡管近些年，隨著新技術(shù)的廣泛介入、市場機(jī)制的逐漸完善和開發(fā)布局的理性轉(zhuǎn)變，使得以“天賜惠風(fēng)夜夜棄”為代表的“三棄”問題得到有效緩解，但在通往根本性解決可再生能源消納問題的道路上，電網(wǎng)調(diào)峰、電力外送和市場機(jī)制構(gòu)建仍是現(xiàn)階段不可回避這三大制約性問題。
近年來，國網(wǎng)冀北電力有限公司在突破新能源發(fā)展瓶頸方面工作成效顯著。截至2017年8月底，累計(jì)投入67億元建成110千伏及以上清潔能源輸電線路2800千米、變電容量678萬千伏安,提升了依托大電網(wǎng)消納新能源的能力。建立通過電采暖、電能替代項(xiàng)目促進(jìn)新能源就地消納的市場化交易機(jī)制，全額保障性收購新能源電量171.8億千瓦時(shí)，同比增長24.3%，在新能源裝機(jī)容量超過千萬千瓦的省級(jí)電網(wǎng)中新能源棄電率最低。
與此同時(shí)，國網(wǎng)冀北電力有限公司依托獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢，以建設(shè)張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)工程為契機(jī)，通過示范應(yīng)用柔性直流輸電等先進(jìn)技術(shù)，積極構(gòu)建高比例大規(guī)模新能源安全智能外送新路徑，提升電網(wǎng)接納和配置多種能源的能力，為改變大電網(wǎng)發(fā)展格局、以科技推動(dòng)能源革命作出有益探索。
開辟可再生能源大規(guī)模送出新途徑
我國清潔能源開發(fā)重點(diǎn)集中在西部、北部地區(qū)、多處于電網(wǎng)末端，甚至是電網(wǎng)空白區(qū)域，交流電網(wǎng)難以支撐大規(guī)模常規(guī)直流安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，國際上圍繞可再生能源匯集、消納開展了大量研究，其中柔性直流輸電是被重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域。柔性直流輸電送、受端均可與弱電網(wǎng)或無源電網(wǎng)聯(lián)系，可對有功功率和無功功率進(jìn)行獨(dú)立快速控制，實(shí)現(xiàn)輸電功率動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)，運(yùn)行方式靈活，具備構(gòu)建直流電網(wǎng)的條件，可以大規(guī)模匯集和送出新能源。
國網(wǎng)冀北電力建設(shè)的張北柔直示范工程作為世界上首個(gè)應(yīng)用柔性直流技術(shù)進(jìn)行陸地可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)的示范工程，由四座柔性直流換流站和四條直流架空線路組成，構(gòu)建起輸送大規(guī)模風(fēng)電、光伏、抽蓄等多種能源的四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)。
示范工程投運(yùn)后，既滿足了張家口地區(qū)可再生能源可靠送出與消納，有力支撐了低碳綠色冬奧，更可實(shí)現(xiàn)并示范在送端弱交流系統(tǒng)條件下大規(guī)模清潔能源外送的模式，對探索我國西部、北部地區(qū)新能源開發(fā)和利用模式具有重要示范意義。未來，在我國采用柔性直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模清潔能源發(fā)電并網(wǎng)和輸送將具有廣闊的應(yīng)用前景。
新能源實(shí)現(xiàn)“友好接入”
冀北地區(qū)新能源資源豐富，擁有風(fēng)、光、抽蓄等多種典型要素，具備良好的多能互補(bǔ)建設(shè)條件。由于新能源自身的特性，多種新能源的大規(guī)模集中并網(wǎng)，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定的影響和隱患，如何去實(shí)現(xiàn)新能源與電網(wǎng)的共同長遠(yuǎn)發(fā)展，成為亟待解決的一道難題。
張北柔直示范工程構(gòu)建的輸送大規(guī)模風(fēng)電、光伏、抽蓄等多種能源的四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)，有效解決新能源友好并網(wǎng)難題。通過充分發(fā)揮柔性直流輸電在新能源開發(fā)、利用上的技術(shù)優(yōu)勢，大幅提高新能源并網(wǎng)的可靠性，若發(fā)生故障，可實(shí)現(xiàn)故障后的潮流轉(zhuǎn)移。同時(shí)，還具有良好的靈活性，可實(shí)現(xiàn)多種能源靈活交互，提升可再生能源利用效率。
此外，基于張北柔直示范工程所具有的良好擴(kuò)展性，易于在送、受端擴(kuò)展新落點(diǎn)。通過在張北構(gòu)建柔性直流環(huán)形電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏、風(fēng)能的晝夜互補(bǔ)，以及新能源與儲(chǔ)能電源的靈活能量交互，形成穩(wěn)定可控的電源送至受端電網(wǎng)，解決大規(guī)模新能源接入后的系統(tǒng)調(diào)峰問題。位于河北省承德市的豐寧抽水蓄能電站一期、二期工程均已獲得國家核準(zhǔn)，投產(chǎn)后，將作為京津及冀北電網(wǎng)主要調(diào)峰電站之一。屆時(shí)示范工程將以張北、康保為新能源送端，以豐寧為調(diào)節(jié)端，以北京為受端，實(shí)現(xiàn)新能源和抽水蓄能互補(bǔ)，減小間歇性能源對交流電網(wǎng)的擾動(dòng)沖擊，實(shí)現(xiàn)新能源的“友好接入”。
清潔替代保障首都碧水藍(lán)天
京津及冀北電網(wǎng)為典型的多方向、多通道、多落點(diǎn)的受端電網(wǎng)，預(yù)計(jì)2018年京津及冀北電網(wǎng)最大負(fù)荷將達(dá)到69650兆瓦，2020年京津及冀北電網(wǎng)最大負(fù)荷將達(dá)到 78990兆瓦， “十三五” 增速約7.8% 。
近年來，冀北地區(qū)新能源發(fā)展迅猛，但新能源就地消納能力有限。張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)工程投運(yùn)后可將清潔電能直接輸送至北京西北部電網(wǎng)，屆時(shí)3000兆瓦清潔電力將取代現(xiàn)在的燃?xì)鉄犭姍C(jī)組供電，就近解決了燃?xì)怆姀S替代問題，改善首都環(huán)境質(zhì)量。且示范工程投運(yùn)后可滿足延慶區(qū)新增電供熱用電需求，提高延慶電網(wǎng)供電能力。“十三五”期間延慶區(qū)有多個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)，負(fù)荷將迎來大幅增長。到2020年延慶區(qū)將完成6.9萬戶煤改電工程，同時(shí)將迎來世園會(huì)、冬奧會(huì)等重大體育賽事，預(yù)測延慶區(qū)2020年最大用電需求在700兆瓦左右。示范工程中的北京換流站落點(diǎn)延慶區(qū)，使得更多清潔電力注入北京西北部電網(wǎng)，將極大滿足延慶區(qū)負(fù)荷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)散燒煤替代，讓清潔電力助力北京城市發(fā)展。
以科技創(chuàng)新迎接新能源發(fā)展挑戰(zhàn)
清潔能源井噴式發(fā)展，大規(guī)模風(fēng)電、光伏電站的陸續(xù)接入，對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行存在的影響不容小視。國網(wǎng)冀北電力在建設(shè)張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)工程基礎(chǔ)上，著力研究清潔能源并網(wǎng)等一系列前沿課題，確保服務(wù)清潔能源快速發(fā)展的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
國網(wǎng)冀北電力有限公司借助國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站，積極探索清潔能源的友好并網(wǎng)和平滑輸出的方法和手段，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電互補(bǔ)機(jī)制及系統(tǒng)集成、全景監(jiān)測與協(xié)調(diào)控制、高精度風(fēng)光聯(lián)合功率預(yù)測、源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)和大規(guī)模電池儲(chǔ)能集成應(yīng)用技術(shù)五大技術(shù)突破，取得了一系列舉世矚目的工作成就。
基于風(fēng)電的隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，國網(wǎng)冀北電力還開展對清潔能源場站開展風(fēng)機(jī)低電壓穿越能力一致性核查工作和風(fēng)電場動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置現(xiàn)場檢測，有效降低了風(fēng)電匯集區(qū)域電壓波動(dòng)水平，保障風(fēng)電安全運(yùn)行。此外，在清潔能源調(diào)度技術(shù)方面不斷創(chuàng)新突破，應(yīng)用新能源功率預(yù)測技術(shù)，2016年短期風(fēng)電、光伏功率預(yù)測平均準(zhǔn)確率分別為91%、86%。同時(shí)持續(xù)推進(jìn)清潔能源有功控制系統(tǒng)建設(shè)，2016全年依托有功控制系統(tǒng)清潔能源場站累計(jì)增發(fā)電量9.4億千瓦時(shí)，占冀北新能源總發(fā)電量4.3%，等效提升利用小時(shí)數(shù)約50小時(shí)。自2014年2月投運(yùn)以來，有功控制系統(tǒng)累計(jì)增發(fā)電量16億千瓦時(shí)。
下一步，國網(wǎng)冀北電力有限公司將以科技創(chuàng)新為引擎，積極落實(shí)國家及國網(wǎng)公司發(fā)展戰(zhàn)略，依托2022年北京—張家口冬季奧運(yùn)會(huì)，推進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)張家口創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)，著力打造國際領(lǐng)先的清潔能源示范基地。依托國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，開展支撐低碳冬奧智能電網(wǎng)技術(shù)研究，研發(fā)先進(jìn)的電力規(guī)劃、輸送、消納和運(yùn)行控制技術(shù)，為2022年綠色、低碳冬奧奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一規(guī)劃，在冀北地區(qū)張北、康保、豐寧及北京延慶建設(shè)世界首個(gè)±500千伏四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)，探索未來電網(wǎng)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)高比例新能源友好并網(wǎng)、匯集與送出。應(yīng)用單元式風(fēng)電、光伏及廠站式虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)對國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站進(jìn)行改造，建成世界上容量最大、全站具備同步發(fā)電機(jī)功能的新能源電站，提升風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)友好性。