爭創“兩個標桿” 全力推進新型電力系統建設

國網冀北電力有限公司董事長、黨委書記 張瑋
 

　　國網冀北電力有限公司是國家電網的省級子公司，肩負著保障首都重要輸電通道安全，服務河北省唐山、張家口、秦皇島、承德、廊坊五市經濟社會用電，促進區域能源清潔低碳轉型的職責使命。近年來，公司積極貫徹國家電網高質量發展戰略和河北省建設新型能源強省部署，以爭創“兩個標桿”(新型電力系統示范標桿、高質量發展標桿)為引領，全力推進新型電力系統建設。

　　冀北新型電力系統建設形勢

　　目前，冀北地區并網新能源裝機占統調裝機規模的76.7%，居全國省級電網首位，占全口徑裝機規模的68.1%，位列全國省級電網第2位;2023年，發電量占比54.3%，是全國首家占比過半的省級電網，全年綠電交易196億千瓦時，占全國規模近3成。冀北地區已處在我國新型電力系統建設的前沿，面臨的形勢，可以概括為以下兩個特點：

　　特點一：條件得天獨厚

　　從資源稟賦條件看：冀北地區新能源資源富集，僅張家口、承德地區可開發規模就達1億千瓦。張家口早在2009年就被明確為國家千萬千瓦級風電基地，2015年又被明確為國家可再生能源示范區。目前，冀北地區新能源裝機容量5601萬千瓦(風電2801萬千瓦，光伏2621萬千瓦，生物質和儲能179萬千瓦)，預計2024年底將達到6500萬千瓦，2025年底將突破9000萬千瓦(風電4300萬千瓦，光伏4200萬千瓦，生物質和儲能500萬千瓦)。

　　從基礎條件看：冀北地區能源轉型要素齊全。電源側，具備推進風光水火儲氫一體化發展的稟賦和基礎。電網側，冀北電網作為華北電網“西電東送”“北電南供”的重要樞紐，建成張北-雄安特高壓、張北柔直及多條500千伏交流輸電通道，特高壓、交直流、柔性輸電、調相機、微電網等各種電網技術和形態齊備。負荷側，數據中心、綠電制氫、清潔取暖、重卡充換電、分布式能源、虛擬電廠等新型能源利用和服務方式發展迅速。張家口還是國家“東數西算”的重要節點，電力-算力協同發展的空間廣闊。儲能側，抽水蓄能、新型儲能等快速發展，在運容量分別達到357萬千瓦、91.6萬千瓦，納入規劃的抽蓄電站規模達到1570萬千瓦。而且，整個系統兼具送、受端特點，能源轉型場景豐富。

　　從創新條件看：冀北域內及周邊創新資源多，具有高效整合利用、實現重大技術突破的潛力。國家電網公司、河北省政府對冀北電力科技創新高度重視。近年來，公司建成了一系列具有領先水平的重大創新工程，在風光儲輸聯合運行、柔性直流輸電、系統寬頻振蕩抑制、虛擬電廠建設運營等方面積累了豐富經驗，打造了一支年富力強的創新人才隊伍，擁有3個國家電網公司實驗室，具有非常厚實的創新基礎。

　　特點二：任務非常緊迫

　　隨著新能源高占比、高比例電力電子化的“雙高”特性日益凸顯，冀北電力發展面臨多重挑戰，對加快構建新型電力系統形成倒逼之勢。

　　一是新能源消納的挑戰。近年來，冀北電網新能源利用率始終保持在95%以上，但隨著新能源持續大規模并網，外送消納矛盾日益突出，利用率面臨下滑壓力。一方面，由于新能源并網項目超出電網規劃送出能力，導致輸電斷面受限嚴重。另一方面，由于新能源裝機增速遠超用電負荷增速，造成調峰棄電增多。

　　二是平衡供需的挑戰。風光發電具有間歇性、波動性、隨機性和反調峰等特征，高滲透率情況下平衡供需非常困難。受新能源出力特性影響，冀北電網凈負荷曲線從“鴨子曲線”向更陡峭的“峽谷曲線”演變，存在午間消納和晚峰保供的雙重困難。例如，7月23日晚峰，冀北電網負荷超2800萬千瓦，而新能源出力僅有215萬千瓦(占新能源裝機容量4%)，僅為晚峰最大負荷的7.6%。從局部來看，一些地區分布式光伏大規模接入，配電網有源化特征凸顯，潮流反送、反向重過載問題突出。冀北110千伏、35千伏公用變壓器中，超36.8%的主變向電網反送潮流，其中35千伏最大反向負載達到主變容量的97%以上。

　　三是安穩控制的挑戰。風電的“弱轉動慣量”和光伏的“零轉動慣量”導致系統抗擾動能力下降，分布式電源、電動汽車等“產銷者”大規模接入加大了系統控制的復雜性和難度，抑制系統寬頻振蕩是當前面臨的最突出問題。一方面，諧振和強迫振蕩風險涌現。2022年以來，張家口沽源地區已累計發生次同步諧振20次，今年以來，2座新能源場站先后出現強迫振蕩現象。另一方面，連鎖脫網等系統性風險加大。今年5月下旬至7月底，因新能源場站穿越能力不達標連續發生15起新能源脫網事件，最大脫網容量29萬千瓦。近年來，國內外發生一系列與新能源相關的電力系統安全穩定事件，給我們敲響了警鐘。

　　總之，冀北新型電力系統建設條件好、起步早，但現實挑戰突出，進一步加快發展的形勢逼人、任務緊迫。

　　冀北新型電力系統建設思路

　　建設新型電力系統是多目標優化、多路徑選擇的復雜系統工程，我們在實踐中著重抓了以下四個方面：

　　第一，抓認知強化。即把新型電力系統的特征內涵和運行條件要求等具象化、具體化。圍繞“源、網、荷、儲、數”五大環節，將新型電力系統的特征內涵具象化地概括為：“新型電力系統=低碳隨機耦合電源+堅強靈活智能電網+多元協同互動負荷+規模多樣共享儲能+全過程數智化”。同時，提出新型電力系統高效運行需要四大保障條件：一是強大的調控能力;二是完善的市場機制;三是精準的氣象服務;四是協同的產業生態。認知的強化、深化和具象化，為我們開展新型電力系統建設的頂層設計奠定了基礎。

　　第二，抓頂層設計。即以系統思維推進電力系統各環節各領域創新發展、協同演進。以張家口國家可再生能源示范區和國家電網公司新型電力系統地區級示范為依托，面向冀北全域，制定實施了新型電力系統全域綜合示范行動。行動方案明確了2025年和2030年的建設目標，部署了“十大工程”，包括電源友好工程、主網增強工程、配網升級工程、負荷響應工程、儲能聯動工程、數智賦能工程、調控提升工程、市場建設工程、氣象服務工程和生態共贏工程。每項工程中都統籌安排了“科技攻關”和“示范應用”兩類項目，以促進技術難題的解決和先進技術裝備的推廣應用。同時，配套實施科技創新、數字化轉型、風光儲輸示范工程再提升三個“登高行動”，強化科技支撐。2023年，公司發布了《冀北新型電力系統全域綜合示范行動白皮書》，在業內引發積極反響。

　　第三，抓重點突破。即在統籌兼顧、整體推進的同時，重點破解張承地區新能源大規模開發、并網和消納難題。圍繞解決張承地區新能源大規模開發消納問題，經過充分論證，部署實施新型電力系統張承地區科技創新示范工程，其中包含7項子工程：構網型風光儲主動支撐與匯集組網科技示范工程、張家口構網型多端柔直科技示范工程、冀北新能源柔性低頻交流輸電科技示范工程、全自主可控新一代變電站科技示范工程、張家口懷來現代智慧配電網科技示范工程、規模化電動汽車充電設施參與電網調節科技示范工程、冀北源網荷儲協同運行控制與市場化運營科技示范工程。通過攻關全要素調節能力構建、多層次調節市場機制設計等關鍵技術，打造百萬千瓦級調節能力的冀北全域靈活資源市場化運營示范區，探索電力電量平衡和多級電網協同運行的冀北方案。

　　第四，抓迭代升級。即構建閉環機制，對新型電力系統建設定期評估、滾動優化、協同攻關、動態提升。新型電力系統建設沒有成熟先例，必須強化過程管理，匯聚各方合力，持續迭代升級，不斷向預期目標逼近。公司強化組織領導，成立跨部門的新型電力系統建設辦公室、“雙碳”研究中心，統籌協調解決系統建設重大問題;完善創新體系，主動對接利用各方創新資源，打造創新聯合體，推進產學研用協同攻關，成立了由22位權威專家(其中包括8位兩院院士)組成的專家咨詢委員會，開展咨詢研討;深化動態管控，根據理論研究和實踐探索的不斷深入，動態調整和完善全域綜合示范行動方案，確保項目安排和工作舉措始終具有針對性、適應性和先進性。

　　冀北新型電力系統建設進展

　　近年來，冀北新型電力系統建設不斷取得進展，先后建成投運當時世界上規模最大的集風力發電、光伏發電、儲能系統、智能輸電于一體的張北國家風光儲輸示范工程，創造12項世界第一的張北±500千伏柔性直流電網示范工程，以及我國首個實現商業化運行的冀北虛擬電廠示范工程等。2023年以來，公司又先后安排365個科技研發和工程實踐項目，目前已階段性完成55個，成效體現在以下六個方面：

　　一是新能源承載力持續提升。隨著電網建設和補短板力度的加大，接入新能源的能力同步增強，2023年，并網投產新能源裝機高達1205萬千瓦，2024年，預計將超過1600萬千瓦，連續創歷史新高。配網對分布式新能源和多元互動負荷接入的適應性也得到改善。同時，運用國網新能源云平臺首次實現風光資源和開發潛力識別，建成全量電源數據庫，提升服務新能源發展的能力。

　　二是系統潛力得到有效挖掘。在張家口建成國內首個純交流匯集系統下的新能源分布式調相機群，推廣“新能源+儲能+分布式調相機”模式，累計提升新能源送出能力129.5萬千瓦，年增發電量20.9億千瓦時。

　　三是儲能發展呈現積極勢頭。積極研究1927萬千瓦抽水蓄能站點送出方案，建成新型儲能試驗與實證平臺，協調推動壓縮空氣儲能、重力儲能、氫儲能等建設運行。

　　四是數智賦能效果逐步顯現。深化多維多態“電網一張圖”示范應用，氣象保障服務平臺實現寒潮等7類重大天氣過程和覆冰等6類重要電網設備事件動態推演，風電、光伏功率預測平均準確率分別達到94.2%、95.7%。在河北崇禮建成國網數字化配電網示范區，崇禮全域實現分布式柔性控制比例等“四個100%”(饋線自動化覆蓋率100%、新能源全要素監測裝置覆蓋率100%、分布式光伏100%全監測、柔性控制比例100%)。

　　五是源網荷儲互動性增強。試點搭建國家電網首個負管系統生產控制大區，負荷資源精細化管理能力提升至歷史最大負荷的10.7%。在河北唐山建成全國首個電動重卡型虛擬電廠，累計建成虛擬電廠7個，聚合容量495萬千伏安、調節負荷81萬千瓦。

　　六是對系統安全穩定問題認識深化。通過聯合知名設備廠商、新能源發電企業，以及國內外技術專家，開展聯合研究和技術交流，對高比例電力電子化新型電力系統的技術特性、穩定運行和系統支撐等機理的認知更加深入和清晰，為更有力地保障新型電力系統安全運行打下了基礎。

　　冀北新型電力系統建設的進展引發國內外廣泛關注，成為透視我國能源轉型成效的重要窗口。2023年以來，已有來自國外的26個代表團到張北風光儲輸示范工程和柔直工程調研考察。同時，我們也清醒地看到，與快速發展的形勢相比，冀北新型電力系統建設成效還是初步的，許多措施還正在實施，還有許多挑戰需要面對、許多難題需要解決、許多風險需要化解，未來依然任重道遠。