中國儲能網(wǎng)訊：今年夏天，上海電網(wǎng)經(jīng)歷了持續(xù)高溫的嚴峻考驗。最高負荷創(chuàng)下4030.2萬千瓦的新紀錄，較2022年的極值增長了5.87%。用電峰谷差、日用電量、受電電力、日受電量等多個指標均突破歷史極值。
除了高溫酷熱，近年來臺風(fēng)直擊、持續(xù)大雨等極端天氣也頻繁出現(xiàn)，但上海的能源保障不容有失。國網(wǎng)上海市電力公司針對都市型電網(wǎng)的特點和高可靠性需求，特別是大受端、高密集、高復(fù)雜性，從源、網(wǎng)、荷多環(huán)節(jié)入手，依托科技手段多維施策，確保能源供應(yīng)的安全穩(wěn)定。
應(yīng)用超導(dǎo)電纜技術(shù)，在寸土寸金之地提高傳輸效率
到今年9月22日，上海35千伏公里級超導(dǎo)輸電示范工程已安全運行1000天。在累計2.4萬小時的運行時間里，這條電纜為徐家匯商圈、上海體育館等核心區(qū)域的4.9萬戶用戶穩(wěn)定輸送電量近4.9億千瓦時，展現(xiàn)了超導(dǎo)技術(shù)在城市電網(wǎng)應(yīng)用中的巨大潛力。
和地面空間類似，上海的地下空間同樣寸土寸金。超導(dǎo)電纜的額定電流高達2200安培，傳輸能力相當于常規(guī)電纜的4～6倍，可有效節(jié)約地下空間資源。這樣的優(yōu)勢對上海而言頗為寶貴。此外，在液氮的超低溫環(huán)境下，超導(dǎo)材料以接近零電阻的特性高效傳輸電能，減少電力損耗，提高能源利用效率，為城市電網(wǎng)高負荷背景下的經(jīng)濟運行再拓一條新路。
在超導(dǎo)電纜工程的建設(shè)過程中，國網(wǎng)上海電力首次采用了超導(dǎo)電纜全程排管冷縮補償方法，解決了200攝氏度的溫差下內(nèi)外差異化冷縮導(dǎo)致的接頭間電纜伸縮補償難題，打破了超導(dǎo)電纜工程的長度限制。國網(wǎng)上海電力還自主研發(fā)了敷設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)及專用工器具，破解了狹小空間內(nèi)敷設(shè)的難題，實現(xiàn)公里級超導(dǎo)電纜大轉(zhuǎn)角、高落差、全路徑排管的無損敷設(shè)。
工程投運后，國網(wǎng)上海電力利用數(shù)字孿生技術(shù)，建設(shè)了基于實時監(jiān)控系統(tǒng)的全方位運維管理平臺。這一平臺不僅可以模擬超導(dǎo)電纜的實際運行情況，實時分析數(shù)據(jù)，并能夠?qū)收巷L(fēng)險提前預(yù)警。
為了加強管理平臺的感知能力，國網(wǎng)上海電力在1.2千米的超導(dǎo)電纜沿線安裝了智能井蓋、智能地釘、可視化聯(lián)動裝置等多種智能設(shè)備，這些設(shè)備能夠?qū)崟r傳輸電纜的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測，運維人員可以及時掌握電纜的溫度、壓力、流量等參數(shù)。在發(fā)生異常時，監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r反饋，幫助運維人員迅速定位故障類型，實施精準修復(fù)，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
在確保工程成功投運、超導(dǎo)電纜安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，國網(wǎng)上海電力還將科技創(chuàng)新的目光投向更廣闊的領(lǐng)域，助力推動整個超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。聯(lián)合研究團隊成立了長三角超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟，形成了一套以市場為導(dǎo)向，政府支持、企業(yè)實施的產(chǎn)業(yè)鏈布局創(chuàng)新機制，實現(xiàn)了從材料生產(chǎn)、低溫制冷、設(shè)備制造到電網(wǎng)應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈聚合，為后續(xù)以超導(dǎo)技術(shù)為核心的超導(dǎo)電抗器、超導(dǎo)儲能、超級開關(guān)站乃至5千米超導(dǎo)輸電示范工程建設(shè)提供了堅強的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)支撐。
在超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)過程中，國網(wǎng)上海電力還積極推動相關(guān)行業(yè)標準的制定，為超導(dǎo)技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了規(guī)范依據(jù)。其牽頭制定的超導(dǎo)電纜領(lǐng)域的首個能源行業(yè)標準和首個國網(wǎng)企業(yè)標準，填補了該領(lǐng)域的空白。
應(yīng)用可控換相換流閥，提升電網(wǎng)運行可靠性
上海電網(wǎng)的規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元素眾多，需要不斷引入新設(shè)備和新技術(shù)來提升電網(wǎng)運行的可靠性。
2023年6月18日，上?！?00千伏南橋換流站設(shè)備改造工程竣工投產(chǎn)，工程采用了全球首創(chuàng)并具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的可控換相換流閥（CLCC）技術(shù)。
南橋站建成于1989年，是我國首座±500千伏直流換流站，也是上海電網(wǎng)最主要的外電入滬“落腳點”之一。隨著運行時間的增長，南橋站部分設(shè)備老化嚴重，運行不穩(wěn)定。2022年9月，國網(wǎng)上海電力啟動了南橋站設(shè)備改造工程。其中的一場“重頭戲”，就是將運行了30多年的換流閥更換為可控換相換流閥，相當于為南橋站進行了一次“換心手術(shù)”。
實際上，隨著西部新能源大規(guī)模東送以及本地新能源比例不斷提高，我國華東、華南地區(qū)已形成交直流互聯(lián)的大受端電網(wǎng)系統(tǒng)，面臨著多回直流連續(xù)換相失敗及閉鎖的風(fēng)險，電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)險加大。因此，解決多饋入直流系統(tǒng)連續(xù)閉鎖問題，消除換相失敗威脅就顯得尤為緊迫。
可控換相換流閥就是破解多回直流連續(xù)換相失敗及閉鎖風(fēng)險的有效手段。相比于同一電壓等級、同等輸送容量的柔直方案，可控換相換流閥方案的成本不到二分之一，且占地面積更小，這對上海這類土地資源稀缺的超大城市來說是一個“更優(yōu)解”。自2023年6月投運以來，南橋站的這套可控換相換流閥已成功抵御6次換相失敗，證明了新設(shè)備的可靠性。
可控換相換流閥在針對性運維方面存在經(jīng)驗空白。一年多來，國網(wǎng)上海電力運維人員提出了高保真建模與多場快速仿真方法，通過建立閥組、閥控設(shè)備等關(guān)鍵器件的真型計算模型，探索多維狀態(tài)感知與評估技術(shù)，對可控換相換流閥開展三維全尺寸電、磁、熱多物理場應(yīng)用評價；同時，建立了配套的可靠性評價方法，優(yōu)化了運行策略，并開發(fā)了可控換相換流閥數(shù)字化運維應(yīng)用系統(tǒng)。
自2023年起，作為南橋站運維單位，國網(wǎng)上海超高壓公司牽頭了包括國家電網(wǎng)有限公司總部項目、國網(wǎng)上海電力科技項目等在內(nèi)的12項科技項目，在標準規(guī)范、施工改造、運維仿真、狀態(tài)評價、運維檢修數(shù)字化、控保技術(shù)智能化等方面形成項目和成果布局，深度挖掘持續(xù)創(chuàng)新，促進可控換相換流閥改造相關(guān)成果轉(zhuǎn)化及應(yīng)用示范。
國網(wǎng)上海電力將以特有的老站改造工程成功經(jīng)驗為藍本，形成“可研—標準—工程—專利”的一體化推進模式，打造了“大工程、大項目、群成果、群應(yīng)用”體系，打破關(guān)鍵技術(shù)壁壘，實現(xiàn)國產(chǎn)替代，建立自主可控的國產(chǎn)平臺，建立一套集科技創(chuàng)新、先行先試、成果轉(zhuǎn)化為一體的科技創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。展望未來，相關(guān)領(lǐng)域的國產(chǎn)化替代、電網(wǎng)穩(wěn)定性提升、清潔能源發(fā)展等多項指標都將進一步得到提升，并形成示范效應(yīng)。
打造虛擬電廠，提升負荷調(diào)控能力
上海是國內(nèi)目前區(qū)域負荷密度最高、負荷峰谷差最大的城市之一，但尖峰負荷年持續(xù)時間不長，僅十幾到幾十個小時，若依靠傳統(tǒng)方式新建大量本地電源作為補充，在經(jīng)濟層面和物理層面均非最優(yōu)。此外，上海的工商業(yè)負荷密度高，電動汽車等新型負荷規(guī)模大，局部熱點問題逐漸凸顯，若不能通過有效手段強化負荷控制能力，不僅會使配電網(wǎng)面臨巨大的運行壓力和改造問題，還會影響到用戶用能體驗，更無法滿足節(jié)能降碳需求。
為了破解上述矛盾，國網(wǎng)上海電力從2014年起就啟動了虛擬電廠建設(shè)的相關(guān)工作，通過建設(shè)靈活、可調(diào)的電力資源庫，充分加強電力電量平衡能力，提升電力平穩(wěn)供應(yīng)水平，并同步推動用能側(cè)節(jié)能降碳。截至今年9月底，國網(wǎng)上海電力已培育虛擬電廠24家，完成資源接入1678戶，申報可調(diào)節(jié)容量97萬千瓦。
上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)是虛擬電廠資源聚合拓展與示范應(yīng)用的典型地區(qū)。2023年11月，國網(wǎng)上海電力聯(lián)合臨港新片區(qū)管委會出臺《臨港新片區(qū)虛擬電廠精準響應(yīng)實施方案（試行）》及《臨港新片區(qū)虛擬電廠精準響應(yīng)管理辦法（試行）》，在借鑒國內(nèi)外先進虛擬電廠業(yè)務(wù)模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合臨港資源稟賦及發(fā)展需求進行了模式創(chuàng)新，明確了虛擬電廠的管理體系及業(yè)務(wù)流程，在全國首創(chuàng)以電量容量雙補貼為主、精準響應(yīng)激勵為輔的運營模式。
2024年1月，臨港虛擬電廠管理中心揭牌成立，主要負責(zé)臨港新片區(qū)虛擬電廠的運營管理、平臺建設(shè)以及資源拓展等，并推動建立一個涵蓋“政府—虛擬電廠管理中心—虛擬電廠運營商”的分層管理體系。
根據(jù)上海市發(fā)展改革委印發(fā)的《上海市虛擬電廠高質(zhì)量發(fā)展工作方案》，到2025年，上海全市虛擬電廠調(diào)節(jié)能力將達到100萬千瓦，虛擬電廠商業(yè)模式、市場機制、產(chǎn)業(yè)生態(tài)基本形成。國網(wǎng)上海電力力爭到“十五五”期間具備年度最大負荷5%左右的穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力，使之成為電力保供和峰谷調(diào)節(jié)的重要支撐，形成可持續(xù)、常規(guī)化的商業(yè)運營模式和國際領(lǐng)先的技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
