《碳中和导论》课件-第三章 绿色电力系统

绿色电力系统—《碳中和导论》第三章2023年5月

我国电力系统碳减排路径按照时间维度，可以分为三个阶段：低碳、净零碳、脱碳。

我国传统电网中电能主要来自以火力发电为主的传统化石能源，用于发电的能源燃烧是我国主要的二氧化碳排放源。双碳目标的实现，必须要解决电网中化石能源发电比重过大的问题。这就需要不断的增加新能源发电的比重，尤其是以风力发电、太阳能发电为代表的绿色能源发电。绿色电力系统-概论概论对于电力系统而言，由于加入了众多的“新成员”将面临新的挑战。伴随着全球新一轮科技革命和产业革命的快速兴起，云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新技术应用，也必将加快传统电力系统转型，建设新型电力系统。含有高比例可再生能源的新型电力系统是实现碳中和的核心。随着碳中和工程的不断深入，更多“绿色能源”（详见第二章内容）发电接入电网，电力系统也将具备更多“绿色”特征，最终建设成为绿色电力系统。目录Contents第一节第二节第三节绿色电力系统关键技术电网新技术能源高效利用技术绿色电力系统市场机制第四节PART01绿色电力系统关键技术※绿色电力系统概念※传统电力系统的特征与面临的挑战※火电转型升级※绿色电力系统关键技术※大力发展储能技术在绿色电力系统中的战略意义※安全保障机制绿色电力系统概念

绿色电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以绿色能源供给为主体，以绿色电力消费为主要目标，满足不断增长的清洁用电、绿色用电需求，具有绿色低碳、安全可控、智慧灵活、开放互动、数字赋能及经济高效等特点。绿色电力系统构建总体框架图在碳中和工程建设过程中，新型电力系统将逐步完善，随着更多绿色能源发电的接入，电力系统将最终形成绿色电力系统。相比于传统电力系统，绿色电力系统具有更加鲜明的特征，绿色电力系统概念传统电力系统绿色电力系统发电侧形态火电为主以风、光等绿色能源发电为主，集中式与分布式并存

高碳电力系统低碳电力系统

连续可控电源随机波动电源电网侧形态单一大电网大电网与微电网互补并存，微电网有并网/离网模式

刚性电网灵活韧性电网

电网数字化水平低电网数字化水平高用户侧形态仅为电力消费者既是电力消费者又是电力“产消者”

静态负荷资源动态可调负荷资源

单向电能供给双向电能互济

终端电能替代比例低终端电能替代比例从低到高电能平衡方式“源随荷动”“源网荷储”互动，源侧、网测与荷测均可灵活调节

自上而下调度模式全网协同的调度模式

实时平衡模式非完全实时平衡模式技术基础形态以同步机为主的机械电磁系统以同步机和电力电子设备共同主导的混合系统

高转动惯量系统弱转动惯量系统传统电力系统与绿色电力系统的特点对比传统电力系统的特征与面临的挑战供需端的瞬时平衡

需求侧需要多少电，电源侧就发出多少电，在传统的电力系统中，电力的供给要做到供需瞬时的平衡。大规模集中式生产

我国在过去几十年电力系统建设过程中，建起来的火电厂基本上都具备两个特征：第一、规模越来越大第二、地域性特征明显。长距离运输关

我国大部分的人群和生产活动都集中在东部和南部的沿海地区，电力负荷需求大，这就意味着在西部和北部发的电能要通过长距离的特高压传输，输送到真正需要电力的地方，电力供应保障

主要包含以下几个方面：保障供应充裕的基础理论面临挑战；绿色能源小发时保障供应难度大；罕见天象、极端天气下的供应保障难度更大。系统平衡调节

供需平衡基础理论面临挑战；日内调节面临较大困难；远期季节性调节需求增大安全稳定运行

稳定基础理论面临挑战；稳定基础理论面临挑战；控制基础理论有待创新；传统安全问题长期存在；高比例电力电子、高比例新能源面临新的问题整体供电成本特征挑战大力发展储能技术在绿色电力系统中的战略意义1342改善绿色能源发电特性；有效消纳“弃风弃光”；提高电力系统的供电裕度有效提高绿色能源发电消纳能力常规调峰：利用水电机组进行削峰填谷；利用负荷管理进行削峰填谷；利用抽水蓄能电站进行削峰填谷。用户侧储能调峰：利用布置于负荷侧的储能系统，主动通过对用户用电进行削峰或移峰。

参与电力系统调峰您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴。延缓输配线路升级改造储能系统具有一定的技术优势，主要表现为：响应速度快；控制精度高；运行效率高；可双向调节。参与电力系统调频火电转型升级

SUCCESS探索“电热为主、多能互补”发展形式火电的低碳发展，一方面通过使用清洁煤技术，最大限度地对煤的燃烧率进行提高，以此来减少在煤和石油在燃烧过程中的过度浪费，获得清洁燃烧的效果；另外一方面，在实现煤炭的高效清洁燃烧的方面，应用新的燃烧的技术。。推进火电机组低碳化发展在“双碳”目标实现的前期，在保障能源安全和稳定供应上，火力发电还应承担托底保供和重要负荷中心支撑性电源的作用；在促进绿色能源发展上要发挥灵活调节的主力电源作用，不断提高现有燃煤电厂的效率和效益延长现役火电机组服役期限制定对不同容量机组，制定具体的碳排放强度标准，并按照这一要求对机组进行升级改造，以大幅度降低供电煤耗和改善灵活性，力争在“十四五”期内完成。

加快火电机组灵活性改造，发展“火电储能加快从电量供应型发展向电力调节性转变，实现热电联产机组的热电解耦，通过发挥其灵活性的调节作用及深度调峰能力，促进大规模可再生能源消纳，有效解决电网安全稳定运行、供热保障、清洁能源消纳之间的矛盾。01020403绿色电力系统关键技术电源侧技术储能技术网侧技术负荷侧技术构建绿色电力系统所需要突破的关键技术安全保障机制33%32%13%1:构建绿色电力系统安全运行与保护体系2:构建绿色电力系统安全供电体系3:加强绿色电力系统安全稳定关键技术攻关4:大力加强绿色电力系统安全管理体系建设5:加快进行既有设备的改造升级6:加强安全生产应急管理工作，提升应急水平1：保障绿色电能“发得出”2：保障绿色电能“送得走”3：保障绿色电能“用得好”1:监控2:分析3:目标4:控制5：互动绿色电力系统的安全机制33%33%绿色智慧能源调度系统绿色电力系统保障机制PART02电网新技术※先进输电网技术※先进配电网技术先进输电网技术特高压交直流输电：指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。在输电功率相等的情况下，通过增加输电电压，可以降低电流，从而减小线路损耗。基础原理高输电容量；长距离输电能力；线路损耗低；节省投资成本；减少土地资源占用。显著优势主要包括输电线路、变压器、输电塔、和绝缘子等。特高压输电系统特高压输电技术分类及特点未来特高压直流输电技术的重点方向12345提升交流系统支撑能力实现全网综合控制和源网荷协同控制加快推进国家规划已明确的重大工程和基础设施建设提升特高压直流性能推进特高压直流受端应用柔性直流技术发展提高特高压输电通道利用率，加强电力送出通道等重要输电工程建设，强化骨干网架结构，打造特高压电力枢纽。加强城市配电网建设和农村电网巩固升级改造，打造以特高压为骨干网络、各级电网协调发展的电网枢纽、绿色能源辐射中心。先进输电网技术高温超导输电，是指在相对于绝对零度而言的接近零下200摄氏度的液氮环境下，利用超导材料的超导特性，使电力传输介质接近于零电阻，电能传输损耗接近于零，从而实现低电压等级的大容量输电高温超导输电技术3基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器（VSC），其最大的特点在于采用了可关断器件（通常为IGBT）和高频调制技术。。柔性直流输电技术2综上，在绿色电力输电网建设过程中，需重点针对高比例绿色能源的系统电压支撑能力不足、直流换相失败、绿色能源机组无序脱网、故障影响扩散等风险，研究静止式电压主动支撑技术，提升直流送受端交流电网的暂态电压支撑能力；针对绿色能源接入对电网潮流时空分布的冲击、输电通道潮流分布不均以及引发宽频振荡的问题，研究混合潮流控制及宽频阻尼控制技术，实现提高绿色能源外送能力和灵活调节的能力；针对超/特高压交流系统中操作过电压过高影响线路走廊、设备绝缘、制造难度及工程造价高昂的问题，研究交流电力电子式可控避雷器及可控耗能限压技术，实现深度抑制超/特高压交流输电线路操作过电压；研究新型电压调节器关键技术，实现动态调压和抵御直流换相失败，大幅度提升输电系统运行可靠性。智能电网智能电网智能电网是在传统电力系统基础上，通过集成绿色能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行对比与传统电网相比，智能电网进一步优化各级电网控制，构建结构平化、功能模块化、系统组态化的柔性体系结构，通过集中与分散相结合，灵活变换网络结构、智能重组系统结构、最佳配置系统效能、优化电网服务质量，实现与传统电网截然不同的电网构成理念和体系。智能电网结构图智能电网与传统电网对比图分布式微电网技术分布式微电网技术简介微电网是由分布式电源（微源）、负荷、储能、变配电和控制系统构成的小型电力系统。如图3-6所示。与传统大电网概念相对，微电网可以实现自我控制、保护和管理，既可以与外部电网并网运行，也可以和大电网断开，从并网模式切换成孤岛运行模式。微电网示意图分布式微电网技术微电网分类微电网主要依据运行方式、电网类型、电压等级以及电网规模进行分类。PART03能源高效利用技术※电能生产-消费融合互动技术※多能源低碳供能技术※消费终端电气化替代技术电能生产-消费融合互动技术

虚拟电厂虚拟电厂顾名思义就是虚拟化的电厂，它不是一个真实的物理电厂，但起到了电厂的作用：发出电能，参与能量市场；通过调节功率来参与辅助服务市场调峰、调频等智能用电技术主要包括：高精度状态感知关键技术与装备研发潜力分析与特性挖掘需求侧响应技术主要包括：产消融合互动机制高并发信息-能量流联合优化010203虚拟电厂运营模式多能源低碳供能技术通过推动跨区域多能源系统市场交易技术创新，实现跨区域多能源的联动交互，促进跨区域能源消纳和交易机制完善；通过培育虚拟电厂、负荷聚集商、储能电站等新型市场主体，推动需求响应等辅助市场的市场主体和规则完善。01多能源协同优化调控运行低碳综合能源系统的“源网荷储”设计特性各异的不同能源环节，既包含传统能源（如电、气、冷、热），也包含新型能源（如氢能、光伏发电、风电等）；在统一框架下，剖析综合能源“源网荷储”之间的多时空尺度的互补机理，实现多能源的协同优化调控，是保障低碳综合能源系统运行效能的关键。02多能源主题市场交易多能源低碳供能技术9:163消费终端电气化替代技术在工业领域，其能源消费占据着全国终端能耗的主力位置，是最大的能源消费和二氧化碳排放部门。预计今后一段时期，中国工业化进程还将持续推进，工业经济在国民经济中维持较高比重，但工业发展将由高碳产业为主向低碳先进制造业为主转变，工业用能效率水平和低碳水平持续提升.建筑领域电气化首先从生态文明理念出发，坚持我国传统的节约型建筑运行模式，践行以生态文明发展理念作为基础的绿色生活方式和建筑室内环境营造方式，实现建筑运行能耗的合理增长；其次，提倡建筑用能电气化，为了实现建筑直接排放零碳化的目标，对建筑现有的化石燃料设备进行相应的电气化替代，如：炊事设备电气化、蒸汽设备电气化、分散采暖电气化等。消费终端电气化替代技术消费终端电气化替代技术PART04绿色电力系统市场机制※电力市场发展路径※“电碳协同”电力市场机制※绿色电力交易从国际电力市场发展的实践看，随着资源配置需求的提升和电网网架的延伸，充分发挥市场在更大范围内的电力资源优化配置能力，逐步扩大电力市场范围，已经成为世界电力市场发展的共同方向。欧洲考虑到大范围配置资源的需要和各主权国家相对独立的客观实际，选择了“融合”式发展的路径。美国基于电网所有权分散、全国性资源配置需求尚不迫切等情况，选择了“整合”式发展的路径。当前，我国正处于全面推进电力市场建设的关键时期，亟需着眼全国统一电力市场未来发展，形成充分借鉴国际先进经验并具有中国特色的市场顶层设计，明确我国市场建设目标、发展路径、核心规则，有序推动电力建设，为我国经济社会发展做出新的贡献。电力市场发展途径“电碳协同”电力市场机制 建立国家、省（市、区)、区域多层次市场体系、统一市场交易基础规则和技术标准、通过市场化方式促进电力绿色低碳发展，推动适应能源结构转型的电力市场机制建设。建立全国统一电力市场体系展绿色电力交易试点，鼓励绿色能源发电主体与电力用户或售电公司等签订长期购售电协议。支持微电网、分布式电源、储能和负荷聚合商等新兴市场主体独立参与电力交易等完善有利于可再生能源优先利用的电力交易机制碳中和目标下，电力系统将向适应大规模高比例绿色能源方向演进，变得更加清洁、低碳、绿色的同时，也对当前的电力市场机制提出了更高的要求。建立电能