李立浧院士：新型电网新型电力系统的技术思考
专家观点2024-12-13
第五届新型电力系统国际论坛暨第二十届中国南方电网国际技术论坛，吸引了来自国内外能源电力主管部门和企业、行业协会、科研院校的院士专家学者参加。大家在此探讨新型电力系统建设中的前沿问题，分享新技术新实践，为“加快构建新型电力系统助力发展新质生产力”贡献智慧与力量。
来自国内外的院士学者聚焦新型电力系统建设中的前沿问题，分享新技术新实践新思考。 南网报记者 赖增鹏 摄
高见破题
——新能源不可预测背后是气象难以捉摸，人工智能+生态圈构建或可破解
——西电东送可持续发展背后要破解怎样的技术难题?柔性构网技术成热门
——新型电力系统建设需要新理论!构建以电力电量动态随机平衡为基础新理论
新型电力系统建设中面临的问题到底是什么?论坛上，院士、专家、企业代表各抒己见，从实践出发提出解决问题之道。
新能源的随机性、波动性和间歇性带来了电力电量平衡问题。中国工程院院士李立浧认为，新能源不可预测背后是人类对气候气象和新能源出力特性的耦合机理没有完全认识，现有的系统调节能力和市场机制无法完全适应大规模新能源带来的电力电量实时平衡问题。
南方电网电力调度控制中心主管邓韦斯认为，新能源功率预测不仅需要更为精准的气象预报，也需要质量更高的新能源运行数据和算法提升。从实践看，没有一种算法能在南方区域包打天下。南方电网公司目前打造的新能源功率预测智慧平台，是一个完全开放的试验场地，已接入南方区域1300多个新能源场站，超过13亿条新能源运行数据，新能源预测厂家可以在这样一个“生产运行镜像环境”中进行算法开发和技术探索。
让变幻莫测的新能源变得可靠起来，人工智能技术变得尤其重要。李立浧认为，人工智能是电网“无条件”接受新能源、管理好新能源的技术基础。人工智能技术使得海量新能源接入新型电力系统成为可能，为电力系统运行提供智能导航。所以，必须要建设电力人工智能系统。南方电网公司战略规划部总经理郑外生分享了驭电智能仿真器的开发进展。他认为，基于数字驱动方式建立人工智能专业大模型，可以实现海量场景自动生成的高效潮流计算，包括仿真结果自动分析，做到任何时候都能清晰看到安全边界在哪里，以便最大限度提高新能源利用率。
新型电力系统建设中，高比例电力电子装备也带来安全稳定问题。由于新能源大量替代煤电之后，电力系统的转动惯量将大幅减少，主导系统同步稳定运行的技术基础也将显著改变。中国工程院院士饶宏认为，高比例电力电子化系统已经到来，系统结构、运行机制、稳定机理、分析调控、关键装备等领域都在发生转变，迫切需要全面研究新型电力系统特性，建立与之相适应的相关理论技术体系。李立浧提出，要构建以电力电量动态随机平衡为基础的新理论，同时，电力电子设备不仅是挑战，也是建设管理好新能源的重要技术手段。
高比例新能源也带来整个电力系统的安全问题。国际特大电网运营商组织秘书长布鲁诺·梅耶认为，风、光等新能源的发展改变了能源发展的游戏规则。怎么更加安全充裕，电力互联互通是很重要的一个维度。在非洲和欧洲之间，以及以前电力并不互联的地区都在建设新的输电线路。例如，爱尔兰与欧洲大陆之间的电力互联互通都是正在讨论的话题。
对中国来说，2030年要实现碳达峰，根据测算，清洁能源发电量占比将超过50%。随着西北沙戈荒大型风光基地、西南水风光储可再生能源发展带、东南海上风电基地的开发，与之相适应的电网形态发展的模式也将发生变化。
中国工程院院士汤广福从技术角度对新型电力系统下西电东送可持续发展提出建议。西电东送从过去输送稳定的煤电、水电转变为输送波动性的风电、光电。他建议应该关注基于IGCT的混合换相换流器(HCC)技术、可控换相换流器(CLCC)技术、基于IGCT的柔性直流换流技术的技术路线。
关于此点，郑外生在报告中也着重提到南方电网公司对柔性构网技术的实践。“柔性构网是柔性电网构建的简称，柔性主要指电力电子化带来的灵活性。它将在系统层面实现柔性互联，从设备层面实现主动支撑。”郑外生介绍，系统层面的柔性互联主要是通过电网合理分区、柔性互联，构建柔性可控、灵活运行的电网，避免交流大电网故障连锁传播的问题，同时又保持分区间灵活互济的能力。未来，柔性构网技术可以支撑多种场景的应用，尤其是大型风光基地的远距离送出，不用再配火电或同步调相设备。
实见解题
——南方电网公司建设首批35个新型电力系统示范区，解决7大类场景问题
——海上风电大规模并网，三山岛海上风电柔直工程值得关注
——新型储能部署负荷侧，发挥大效力
新型电力系统怎么建?各地各企业已经在积极开展新技术、新模式的先行先试。
南方电网能源发展研究院电力规划中心主任刘正超在论坛上介绍了南方电网新型电力系统实践。南方电网公司目前已因地制宜建设首批35个新型电力系统示范区，从应用场景来看，分成了超大型城市综合示范、新型城镇化电网、现代化农村电网、微能源网、大规模能源并网、分布式新能源并网、虚拟电厂等7大类，从中遴选提炼15项先进技术、商业模式推广。
大规模新能源并网方面，广东电网规划研究中心三级拔尖技术专家彭穗分享了广东海上风电海陆统筹输电规划关键技术研究。国外海上风电建设中一般采用统一规划、集中建设模式，之后通过海缆登陆、用陆缆继续输送到负荷中心消纳。但是陆缆造价百公里可能超过一百亿元，与我国国情完全不符合。南方电网广东电网公司将以三山岛海上风电柔性直流送出工程打造海陆一体新型输电模式。“它将是世界上首个海缆架空混合直流送出工程，还将首次面临海上风电输电系统直流瞬时故障清除和穿越问题。我们采用的技术方案将可以节省数十亿元投资，节省工程造价。”
储能在新型电力系统建设中发挥着很重要的作用。但是它到底配在哪里最好?李立浧认为，新型储能应该主要部署在负荷侧。储能系统是新型电力系统负荷柔性可调节的关键支撑，要提高利用率，纳入电量电力平衡。电力规划设计总院专家侯金秀认为储能可以很好解决配网建设中的一些问题。“偏远地区利用储能技术可以大大节省电网投资，还能保障电网边缘节点供电可靠性，促进当地分布式新能源消纳。”
南方电网储能公司检修试验分公司副总经理董超则分享了数字化技术如何改变电化学储能电站。“它可以短期内提升储能电站经济效益，尤其在电力市场上获得更多效益，降低运行风险与运营成本。”他举了一个例子：“比如梅州宝湖储能电站参与电力现货市场大概一年，我们现在已经总结测算出最适合我们的竞价策略。”
论坛现场电鸿也成为热门话题。几位专家学者都讲述了电力物联操作系统的重要。来自华为的专家董伟嗣认为，物联操作系统是电网最重要的基础软件。随着新型电力系统加速建设，大规模新能源、分布式光储等海量控制单元接入，好的物联操作系统将逐步成为进一步支撑电力系统随机波动负荷需求，实现源网之间电力高效调配和供需平衡的关键。
来自中国电建集团海南电力设计研究院有限公司总工程师张兴华也从实际出发，讲述了新形势下海南电力系统的新特点。“海南作为全国首个明确提出2030年禁售燃油汽车的省份，去年海南新能源汽车渗透率首次超过50%，在分时电价的引导下，大规模的电动汽车充电负荷在零点以后集中出现，改变了海南数十年典型日负荷，日负荷高峰由上午10时左右变成凌晨零时30分左右。”在这种情况下，他认为海南未来应该在电源侧构建安全低碳多元充裕的电力供应体系，大力发展海上风电、分布式光伏建设，探索海上光伏开发，建设核能综合利用项目，创新新能源的开发模式。
新见预未来
——氢能怎么破题?
——下一代光伏技术是什么?
——电算怎么协同?
一项技术的发展可能激活一个产业，也可能淘汰多个旧的产业，所以新型电力系统建设中及早布局新的技术至关重要。
汤广福在报告中提及，晶硅太阳电池效率已趋极限，未来应突破钙钛矿、量子点等新一代光伏电池技术，实现大面积、长寿命叠层光伏组件效率30%以上。
氢能也成为论坛热门话题。哈尔滨工业大学(深圳)教授、俄罗斯自然科学院外籍院士刘兴军的报告吸引了很多人关注。他认为，铝基储能材料与水反应制氢有望突破现有氢能“制储输用”的瓶颈，成为新型电力系统中氢能应用的新路径。铝基储能材料的跨区域低成本运输性让加氢站可以在远离原材料生产地的区域高效运作，固态材料的稳定性和安全性也大大降低了运输过程中的风险。通过全面布局加氢站，打破传统用氢瓶颈，缩短用氢路线，可推动当地氢能民用市场的应用，进而解决因氢源问题难以大规模推广的难题。
近年来极端天气频发，如何让电力系统在这种时候仍然可靠也成为论坛中一个小话题。华为技术有限公司副总裁、信息通信技术专家孙福友提及今年的“摩羯”台风不仅重创能源电力设施，通信也如此。“10千伏电力通信网是我们目前最弱的环节，我们需要成体系地规划以光纤加无线专网为目标的通信网，使之具备空天地一体的应急通信覆盖能力。”
南方电网公司数字化部总经理龙云则分享了电算协同的思考。2023年全球算力对于电力的需求已经达到5000亿千瓦时，预计保持年均15%以上的增速。算力将成为未来新型电力系统重要的负荷构成和重要的调节能力来源。“根据我们初步研究，通过新型电力系统一系列技术装备，完全有可能把运营中心成本降低10%到20%。”他建议以电力调度引导算力转移：“确保算力中心在各种运行工况下安全可靠绿色高效的电力供应，需要发挥电力调度的统筹调控作用，以电网的调度合理引导算力转移，以算力的灵活调度来助力源网荷储动态平衡，实现电力网和算力网最优运行工况。”
国际大电网委员会前副主席、前技术委员会主席马西奥·塞赫特曼则分享了一个未来的人力问题。“这是欧洲面临的问题，而不是中国，那就是熟练的工人缺口。我们现在有一个使命——吸引更多的年轻人投入电力事业当中来，我们需要更多人，如果人不够多的话，能源变革也不可能实现。”
南网报记者 刘杰 江涛 通讯员 卢欣
中国工程院院士李立浧:新型电网新型电力系统的技术思考
我国新能源发展迅猛。2023年，全国新增风光等新能源装机容量2.93亿千瓦。截至2024年10月底，全国累计发电装机容量约31.9亿千瓦，其中新能源装机容量约12.8亿千瓦，占比已超过40%，部分区域新能源瞬时渗透率超过60%，新型电力系统源荷波动强、场景规模大、状态变化快的特性显现。
以新能源为主体的新型电力系统已经在我国部分地区、部分时段出现。高比例新能源接入将深刻改变传统电力系统的形态、特性和机理，电力系统要从刚性转变成柔性，以可控、智能、灵活为特征，“无条件”接受新能源。这要求新型电力系统有“无限大”的功率和“无限多”的能量。
十个技术思考
新型电网作为能源转换利用和输送配置的枢纽平台，是新型电力系统的核心环节。对此，我有以下几点技术思考。
第一，新型电力系统的核心是发展新能源、接纳新能源。新型电网应该做到“无条件”接受新能源，要有硬的技术措施，其中发展配电网是重点。
第二，新能源(风、光)的波动性、间歇性、随机性是感性描述，但是从技术角度看可以定义为不可预测性。如果要“无条件”接纳新能源，必须实现高精度预测新能源。构网型、跟网型电力电子变换器对风光等高精度预测、电力电量平衡提供支持。
第三，构建新的电力系统理论。传统电力系统基于机电转动惯量的稳定理论，高比例新能源接入导致系统转动惯量减小，将不足以支撑新型电力系统的安全稳定。新型电力系统必须构建以电力电量动态随机平衡为基础的新理论。
第四，要辩证看待电力电子技术。由于不具备同步发电机的转动惯量，电力电子设备被认为是系统安全稳定运行的挑战，但其响应速度快、转换效率高等特点，使得系统功率、能量的实时动态平衡具备条件。因此，电力电子设备并不只是挑战，也是建设管理好新能源的重要技术手段，高比例电力电子设备应用正成为新型电力系统重要特征之一。
第五，数字化智能化是新型电力系统的必须。南方电网公司提出数字电网是建设新型电力系统关键载体，新型电力系统一定要走数字化智能化的发展道路，完成新型电力系统海量数据信息的获取和管理，实现系统智能导航。
第六，新型电力系统的电网形态是“大电网+主动配电网+微电网”。未来电网格局下，大电网网架要具备新能源支撑能力，更加密集柔性畅通;配电网要有裕度、强承载，要灵活、互动、市场化;微电网要以用户为主体，有电力电量自平衡能力和独立运行能力。未来电网要实现“无条件”接受新能源的功能。
第七，电力市场要体现真正的市场机制，体现多主体的关键特征。
第八，新型电力系统要以用为根本。要把配用电系统放在核心，配用电基础是关键。
第九，新型储能应该主要部署在负荷侧。储能系统是新型电力系统负荷柔性可调节的关键支撑，要提高利用率，纳入电力电量平衡。
第十，新型电力系统技术革命。新型电力系统从理论到技术都有革命性的变化，现有技术改进优化不足以支持新型电力系统的建设。新型电力系统建设要与信息化、数字化、智能化深度融合，要建设柔性的新型电力系统。这在源、网、荷、储各个领域都有大量值得深入研究的科技课题，实现新型电力系统的技术革命需要共同努力。
建设电力人工智能系统
最后，我想谈一下新型电力系统建设与人工智能之间的关系。人工智能是电网“无条件”接受新能源、管理好新能源的技术基础。人工智能技术使得海量新能源接入新型电力系统成为可能，为电力系统运行提供智能导航。所以，我们必须建设电力人工智能系统。
电力人工智能系统(AIEPS)的本质是真正具备智能属性的强大软件系统，即电力系统的“超级大脑”。同时，电力人工智能系统必须符合电力系统基本物理规律，遵循电力系统技术原则，满足电力系统应用需求。现在，我们已经开展了相关的项目研究，建立了五个基础项目，有了初步的成果，正在逐步推进。
大家知道，人工智能通用大模型ChatGPT很有名，但我们做的是电力人工智能专业大模型。通用大模型可以出错，可以逐步修正，但是专业大模型不行，它要具备自我纠错、容错功能，我们要有一套方法来实现数据精确性、实时性。
(南网报记者 刘杰 根据论坛演讲内容整理)
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(eo记者 江涛 根据论坛演讲内容整理)
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