电力转型升级： 科技创新“快马加鞭” 南方电网率先做出尝试

来源:中国科技报

    “全球能源领域正面临新一轮深刻变革，其中电力的转型升级是能源变革的核心与关键。”日前，以“能源转型与电力可持续发展”为主题的第十一届电力系统技术国际会议在广州召开，中国电机工程学会理事长郑宝森在发言中指出，推动能源发展清洁化、低碳化、智能化成为世界能源变革转型的战略方向。

    推进电力转型升级，电力行业任重道远。近年来，我国电力行业积极落实国家战略部署，不断加大科技投入，并联合相关科研院所开展产学研合作，提升自身科技创新能力和整体技术水平，孕育出一大批具有自主知识产权和世界先进水平的科技成果。

    如今，以中国科学院电工研究所等为代表的科研机构和华南理工大学等高校正与以国家电网为首的电力企业寻求进一步深入合作，将更多实验室里的前沿技术引入市场。

    电力转型新路径

    能源工业是经济发展的动力和血脉，无论发达国家还是发展中国家都把能源发展和安全摆在重要的战略位置。特别是当前宏观经济正面临着转型升级的重大挑战，建立清洁低碳、安全高效的现代能源体系意义重大。

    目前，中国已经成为全球最大的清洁能源生产国和消费国。来自国家能源局发布的全国电力工业统计数据显示，截至2018年9月底，中国发电装机容量18.65亿千瓦，其中风电1.76亿千瓦、太阳能发电1.65亿千瓦，核电0.39亿千瓦，清洁能源总计7.45亿千瓦，占比约40%。

    随着全球新一轮科技革命、产业革命的加速推进，用户端分布式能源和能源互联网的兴起，构建新一代电力系统成为新时期的要求。华南理工大学副校长朱敏指出，电力系统中高比例可再生能源、高比例电力电子装备、多能互补综合能源、物理信息深度融合的智能电网和能源互联网是新一代电力系统的主要技术特征。基于可再生能源和清洁能源、骨干电网与分布式电源相结合、主干电网与局域网和微网结合，实现了可持续的综合能源电力发展新模式。

     当前，推动能源清洁低碳转型是世界各国普遍选择，为此，国家电网有限公司也将“再电气化+新一代电力系统”作为电力转型的重要路径。郑宝森表示，在能源转型中，充分而深入的电气化是关键要素。而再电气化体现为风电、太阳能等新能源电力供应占一次能源供应比重加快提升，化石能源转化为电力的比重进一步增加，高效配置清洁能源的智能电网快速发展，电能消费更泛在、更深入、更智慧替代化石能源消费等。

    朱敏还表示，当前构建美好家园要求低碳产业发展，实现能源转型是电力工程师面临的现实任务，许多课题、难题和未知的领域都需要研究解决。

    层出不穷新技术

    美国国家工程院院士、伊利诺伊理工大学教授Mohammad Shahidehpour认为，现代电力系统本质上是典型的物理控制系统，其进程越来越依赖于先进的信息和通信技术，用来管理分散的资源和负载。其中，先进的信息通信技术将有助于电力系统更加智能化发展。

    中国南方电网有限责任公司副总经理刘启宏谈及公司主要技术进展和创新成果表示：“电力系统创新已进入新的发展阶段，加强电力系统技术前沿领域的国际交流与合作，推动能源转型与电力可持续发展是我们共同的选择。”

    近年来，南方电网已建成全国首个风光柴储中压海岛智能微电网、“互联网＋”智慧用电能源综合示范小区，成功研制和推广应用变电站巡检机器人、全自动巡检大型无人机等“机器代替人”技术。“未来，我们还将继续推动科技创新，构建绿色低碳与经济社会发展协同的电力能源系统。”刘启宏说。

    频发的各种自然灾害和人为袭击正威胁着电力系统的安全可靠运行，恢复力已经成为电力系统发展的必然要求。具有恢复力的电网被称为“弹性电网”，其以应对小概率—高风险极端事件为目标，在事前可以预防，事中能及时抵御，事后能够迅速恢复。

    为此，西安交通大学电气工程学院副教授李更丰团队开展了应对极端灾害事件的弹性电力系统研究，并建立了故障模型。在主动配电网快速恢复方面，团队制定了以快速恢复为目标的微网划分策略、多微网运行策略以及考虑人为攻击的元件强化策略；在主网层面，团队提出了三阶段恢复力评估体系，全面反映电力系统事前、事中、事后的不同响应能力。

    “‘弹性电网’还面临着许多技术上的挑战。”李更丰指出，配电自动化、保护系统的更新、极端事件下稳定的控制与通信系统等都有待提升。

    2018年，中国科学院电工研究所海洋能发电研究部研究员彭爱武团队成功研制了世界上第一台点吸收式液态金属磁流体波浪能发电海试样机，在南海完成了实海况测试。“该技术解决了传统波浪能发电系统中波浪和发电系统阻抗特性不匹配的关键问题，具有高效、紧凑、经济和快速移动的显著特点。”研究部成员刘保林告诉《中国科学报》记者。

    不难发现，电力企业在努力开拓新技术，相关高校和科研院所也在以自己的方式破解电力技术难题，而市场则是技术最好的“检测场”。

    应用市场新尝试

    “液态金属磁流体波浪能发电机虽然已经过海上试验，但投入市场应用还有不少工作需要做。”刘保林指出，一是可靠性问题，目前的试验样机没有考虑复杂的海洋环境，团队正努力提高产品的可靠性，尤其是解决台风下的生存能力；二是技术经济性，团队将通过技术改进延长产品的使用寿命，降低成本，提高产品的技术经济性以更好地面对市场。

    每年的电力系统技术国际会议不仅为广大电力科技工作者提供了与全球工程师交流学习的机会，也搭建了一个精诚合作的平台，让更多电力领域的科研成果可以早日投入应用市场。

    11月24日，南方电网建设的世界首个千米深井接地极验证试验结束，经过全方位测试，对比分析各项性能参数，试验正式宣布成功。

    “接地极是直流输电系统的重要组成部分，在特定方式下系统需要将大地作为回路来扩散电流，而接地极则是电流输入大地的通道。传统的接地极一般采用水平布置，占地接近一平方公里。”南方电网科学研究院董事长饶宏说，“我们把水平接地极变成垂直的，向地下深入千米，既可以大规模节约土地资源，又能提供更为安全可靠、环境友好的运行方式。”

    饶宏表示，南方电网世界首个千米深井接地极验证试验，有效检验了工程设计与施工质量，更实现了技术工程应用的转化，为后续直流工程设计提供了一种新的技术方案。此外，团队还研发出一套光纤在线监测系统，实时监测井下电气设备周边的温度变化，有效解决测温光缆的密封问题并实时对温度进行监控，保障设备运行安全。

    传统电网以交流电为主导，但未来需要接受直流、高频等不同物理形态的电流，为此，电网从技术上需要进行升级，这给电力行业带来了新的挑战，南方电网率先作出了尝试。