五大关键技术确保清洁供电

访谈人物

高舜安，国网冀北电力有限公司副总工程师，教授级高级工程师，国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——冬奥赛区100%清洁电力高可靠供应关键技术研究及示范项目负责人。

近年来在新能源、输电、配电及智能用电等领域先后获得十余项省部级科学技术进步奖，组织指挥冬奥核心赛区奥雪110kV变电站的施工建设，参与协调冬奥配套的±500kV张北柔直电网工程康巴诺尔和中都换流站试验、调试工作。

开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全、促进绿色低碳可持续发展的共同选择。张家口与北京联合举办北京2022年冬奥会，将国家级可再生能源示范基地绿电供应到奥运场馆，是兑现“绿色办奥”承诺的一项重要举措。冬奥赛区100%清洁电力高可靠供应关键技术研究及示范项目负责人、国网冀北电力有限公司副总工程师高舜安做了解答。

确保冬奥场馆100%清洁电力供应

问：国家电网是如何保障北京2022年冬奥会供电的？

高舜安：2015年7月29日，国家批准成立张家口可再生能源示范区，两天以后，2015年7月31日，我国申办本次冬奥获得成功，这次冬奥会是由张家口和北京共同申办。从那个时候开始，国家电网公司全力践行“绿色、开放、共享、廉洁”的办奥理念，把促进张家口地区的可再生能源开发利用和保障冬奥“绿色、高效、可靠、运行”作为我们两大历史使命，从此开启了挑战，也彰显责任和担当。

近6年以来，在新能源开发和保障供电方面，我们取得的成绩可以用奥运精神三个字“快、高、强”来概括。“快”是指新能源的快速发展。张家口的新能源从1995年底的700万千瓦，到现在已经超过了2000万千瓦，翻了一番还要多。第二个是“高”，指电网输送新能源以后，电力系统特性出现了新的特点：一是在电力系统中高比例的新能源，二是由于要输送新能源，采用了大量的电力电子装置，也就是说电力电子设备在电力系统中所占的比例非常高，所以简单说电力系统的双高特性。第三个是“强”，为了保证奥运供电，后面必须有一个坚强的供电网络，也需要坚强的技术支撑。“快、高、强”的特点，有理由让我们实现冬奥场馆100%的清洁电力供应。

问：要在冬奥赛区满足100%清洁电力的高可靠供应，是件不简单的事。其中面临着怎样的技术难题？

高舜安：满足冬奥赛区100%高可靠供应，把张家口生产的可再生能源产生的绿色电力、清洁电力向北京输送，国家电网专门建设了张北四端柔直工程，这是世界上电压等级最高的柔直电网。但是，柔直电网和传统电力系统有显著不同，无论是新能源的汇集还是电力送出，采用的都是高比例电力电子装置。高比例电力电子装置耦合作用非常强，相互作用的机理很复杂，容易引起系统震荡，可能造成送电中断。这在国内外新能源并网多次出现过，北京接受张家口新能源的输送，我们必须解决这个问题，这是第一。

第二个问题是怎样保证奥运场馆和奥运赛区清洁电力的充裕。我们都知道，风电、光电非常绿色，但是风、光的随机性和波动性非常强，也就是很不稳定，可能很高，也可能很低，极端情况下可能是0。同时，因为冬奥会正好在北方，北方冬季正好是我们整个电力负荷的又一个高峰。新能源波动跟高峰叠加，有可能造成奥运赛区清洁电力供应短缺。因此，保证冬奥赛区电力供应能够实时平衡，这是要解决的第二个问题。

第三个问题是保证供电可靠性。增加电网投资，配合自动化手段，提高供电可靠性，在一些发达地区可以说是通常做法。这次冬奥会冰雪场地不少在崇礼，这是主要赛区。崇礼相对于北京各个区经济欠发达，从节俭办奥和可持续发展的理念出发，崇礼赛区的电网结构肯定不能够像北京那样适用充分投资政策。因为投资完了之后，它的负荷小，奥运过后还得考虑利用价值问题。

基于刚才提到的三大保障任务及其面临的困难和挑战，我们联合覆盖产学研所有领域的9家单位组成了一个联合申报团队，申报国家重点研发项目——冬奥赛区100%清洁电力高可靠供应关键技术研究及示范国家项目。这个项目在2020年10月申报成功，项目确立了5个关键技术。

五大关键技术相互补充合力保障

问：能否请您给我们详细解释一下这五大关键技术到底是什么？

高舜安：第一是100%可再生能源经柔直电网送出的稳定控制技术。我们通过这个技术有效抑制了系统发生震荡的风险，保障电网的安全可靠运行。

第二是虚拟电厂技术，把社会上分散的资源聚集起来。通过虚拟电厂技术，首先看看周边有没有可以调节的负荷，把非奥运场馆的负荷降下来，这样保证用电充足供应。其次把其他电能有效调集起来，送到奥运场馆补缺口，实现奥运场馆电力实时平衡。

第三是信息物理社会交互影响的源—输—配—荷一体化高可靠供电技术。对现有设备进行智能化改造，让这些设备的状态可以感知到。通过互联网的高度集成，实现信息物理社会高度融合，保证现场各种故障的预判，包括故障的处理，能够做到非常高效。这样就能够提高供电的可靠性，减少设备的故障率。

第四是高寒条件下的储能技术和即插即用技术。主要针对绿色应急保障。传统应急保障，都是用柴油发电机。但是在奥运保障上，我们说要实现绿色奥运，也希望奥运保障车清洁、绿色、环保。所以，我们研发了一款在张家口崇礼极寒条件下，比如零下30摄氏度，可以正常快速启动，也可以快速切换的移动新能源储能发电车。一旦奥运场馆失电，这个车顶上去以后，场馆用的还是清洁绿色的电。

第五是冬奥场馆和冬奥供电网的数字孪生技术。可以把前面四个技术相互作用的过程很好推演出来。它有海量的数据，可以在比赛的时候，为我们保障冬奥会的安全供电提供非常有用的信息，包括在应急时辅助决策。

这五个技术各有各的分工，各有各的应用场景，但是又相互联系、相互补充，形成合力，保障冬奥赛区100%的清洁电力高可靠供应。

促进能源产业升级

问：您刚刚对这五个关键技术的提法比较专业，大家都很好奇，这些技术如果应用到社会生产、生活当中，会带来哪些变化？

高舜安：第一，这些技术未来完善和继续开发，有助于国家“双碳”目标的落地。实现“双碳”目标，能源电力先行是关键。在我国碳排放中，能源活动占到87%，电力占到40%，这个占比是非常大的。我们在奥运场馆已经实现了电力近零排放。在奥运场馆能够实现，在其他地方也是能够实现的。当然，这不仅仅是电力，里面涉及其他的发电行业，涉及其他用电的行业，如果都行动起来，是能够推动我们国家“双碳”目标实现进程的。

第二，有助于促进能源转型。我们先解决新能源经过电网可靠送出的问题，解决新能源的震荡问题，让新能源能送出去。同时我们又建立了一个柔性直流的孤岛系统，这个系统的示范性非常强。这个系统本身的安全可靠运行，标志着我们在某种程度上，至少在技术层面上是可以支撑这种新能源的可靠运行的。我们相信，能够建立起可靠的、满足新能源消纳和利用的电力系统。

第三是有利于促进相关产业的转型升级。国家电网一直致力于将能源和数字结合起来，这能够有效推动相关产业数字化升级改造，促进数字中国建设。

新能源发电企业配合国家电网的相关发电设备，比如风力发电机、太阳能发电装置，进行参数优化。本身也能够提高设备的制造水平，提高设备性能。我们刚才提到应急电源车，实际上应急电源车还有一个非常重要的功能，它可以作为移动储能来用。这些移动储能，将来能运用到社会活动中和各种需要的地方，保证我们用上安全绿色的电。

第四，可以培养我们良好的用电习惯。可以通过虚拟电厂平台进行交易，直接从网上购买清洁电力，清洁电力是可以追溯的。

同时节省家里的负荷，包括电动汽车，现在都可以参与到能源互动过程中。这对于提高整个社会能源的综合利用是非常有好处的，当然也会降低碳排放。