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專家解讀

用能更科學——記者探訪灣區用能科學、高效、智能背后的力量(圖文)

  2019-03-19

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  在廣州中心知識城智能小區,科技讓居民生活更加便捷、美好。(資料圖片)

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  南網科研院仿真實驗室青年科研工作者正在開展仿真實驗。

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  深圳供電局吊軌機器人對110千伏GIS設備進行紅外測溫。

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  廣東電網公司中山供電局生產監控指揮中心可掌控設備狀態、運行情況等。(資料圖片)


  科技改變人類的生活。電網領域的科技突破也正悄無聲息地讓人類用能變得更加美好。


  對生活在粵港澳大灣區的市民來說,這意味著未來使用的電不僅有來自西部的水電,還有很大一部分來自海上——珠海、陽江、惠州等地海上風場產生的風電將源源不斷接入現有電網。“透明電網”四個字將真實發生在生活中:市民時刻掌握家中所有設備用電數據,隨時隨地用手機制定家庭用電策略;工業園區里的工廠主可以在南方電網公司定制節能環保生產方案;儲能不再只是一個遙遠的詞匯,家用電動汽車的電池退役后可以變現給電網公司,或者平時便可利用峰谷差價賺點零花錢;如果市民選擇到身邊的變電站參觀,會神奇地發現這里基本實現了“機器替代人”,巡檢、運維全部由機器人來完成……


  這些在不遠的未來不再只是夢想,甚至部分已經實現。這離不開科技的支撐。


  致力于向智能電網運營商、能源產業價值鏈整合商、能源生態系統服務商轉型的南方電網公司,一直以來堅持創新驅動戰略。目前已在粵港澳大灣區建成直流輸電、特高壓工程技術等國家級實驗室,在特高壓直流輸電領域“領跑”。同時正在布局建設新能源、分布式微網、信息安全、儲能、超導等實驗室和工程中心,支撐粵港澳大灣區國家自主創新示范區與國家雙創示范基地、眾創空間建設。公司還將對接全球創新資源,積極參與“廣州—深圳—香港—澳門”科技創新走廊建設,預計2018—2022年,大灣區電網科技研發投入將超過200億元,助力粵港澳大灣區建設具有全球影響力的國際科技創新中心,為粵港澳大灣區人民更好的用能生活提供科技支持。


  技術攻關 大電網更加安全穩定


  黃偉煌最近很忙,不僅他,整個南網科研院昆柳龍直流工程技術攻關團隊都十分忙碌。黃偉煌在混合多端控制保護技術攻關組,昆柳龍直流工程中控制保護系統的設計規范和設備測試是他和小伙伴現在的工作重點。由于昆柳龍工程的控制保護策略十分復雜,技術攻關組搭建了純軟件仿真、半實物仿真等三個不同的實驗平臺進行同步測試,互相驗證。目前攻關組成員長期駐守在直流輸電技術國家重點實驗室、控制保護廠家開展技術攻關和仿真測試工作。


  現有測試完畢后,控制保護關鍵設備將從廠家拉入位于南網科研院的南方電網仿真重點實驗室,現在實驗室有一部分場地正封閉施工。據仿真研究所試驗平臺技術研究室室主任蔡海青介紹,為了確保昆柳龍直流工程中關鍵設備的萬無一失,它們的功能、性能測試將全部在南方電網仿真重點實驗室完成。在之前的工程中,確定設備本身性能的功能測試主要在廠家完成,確定其接入南網大系統的性能測試在仿真實驗室完成。


  設備進入施工現場前,能有如此完備的前期測試得益于南方電網已經形成了全世界最先進、最齊全的直流輸電技術和交直流復雜大電網運行分析技術。通過多年工程試驗、技術服務和科技研發技術積累,打造了具有國際水準的大電網全景實時仿真試驗分析平臺。


  南方電網仿真重點實驗室就像實際系統(電網)的一個鏡子,實際系統有什么、發生了什么,都可以在這個鏡像系統里真實再現。如同照相,把眼前的物理世界變成數字化系統。通過仿真系統還可以驗證昆柳龍直流工程采用柔性直流的技術優勢和可行性,即不僅可以定性評價,還可以定量的方法給出計算仿真的結果。


  可以說,世界上還沒有哪個國家或者地區電網有這么強的一個大電網實時仿真系統,即使有,也沒有南方電網公司做得這么完整和細致。選擇建設仿真系統,本身也是南網科研院當時做的一個非常重要的運行技術選擇,它在世界上都具有技術上的獨創性。


  不僅如此,南方電網公司通過攻克一個又一個重大工程的技術難關,逐步在特高壓直流輸電技術、柔性直流輸電技術、特大型交直流并聯電網運行與控制技術等領域取得重大突破,這支撐了西電東送通道的暢通,確保了公司駕馭復雜電網的能力,也帶動直流輸電整個產業鏈向前發展。通過正在建設的昆柳龍直流工程,南方電網公司也將突破并掌握具有自主知識產權的特高壓多端柔性直流核心關鍵技術,繼續保持特高壓直流輸電領域的領跑優勢,占據全球直流技術制高點。


  新能源接入 生活更綠色


  南網科研院智能電網研究所副所長袁智勇最近忙著一個國家重點研發計劃項目的申報工作,這個項目是“大型海上風電機組多場耦合性能測試與驗證關鍵技術”。袁智勇介紹,這個項目將由南方電網公司聯合海上風電業主公司、風機制造廠商、檢測機構以及大學等聯合申報。這也是公司產學研緊密結合的科技創新體系的典型體現。項目目前仍然在組團申報,最后能不能拿下還有未知數,但是南方電網公司對海上風電的大規模接入等課題研究不會停止。


  近兩年,廣東海上風電建設取得突破性進展,2017年已核準并開工建設5個海上風電項目,總裝機容量150萬千瓦;2018年再核準10個以上海上風電項目,總裝機容量365萬千瓦。根據《廣東省海上風電發展規劃(2017—2030年)(修編)》,2020年底前,要開工建設海上風電裝機容量1200萬千瓦以上;2030年底前,建成約3000萬千瓦。粵港澳大灣區發展海上風電還有裝備制造業齊全的優勢,在2017年全球權威研究機構To-taro&Associates發布的《全球海上風電創新趨勢報告》中,處于海上風電創新排名中第一位的明陽風電便位于中山市。


  海上風電等新能源規模化發展與接入,也成為公司加快向能源產業價值鏈整合商轉型的機遇。為此,公司積極布局新能源消納及海上風電接入等領域,爭取自主掌握海上風電、光伏等新能源接入核心技術。


  事實上早在2018年6月份,南方電網公司海上風電專題項目《遠海岸風電送出關鍵技術及裝備研究》就已獲得了廣東省海洋與漁業廳2018年度省級促進經濟發展專項資金(海洋經濟發展用途),項目金額2000萬元。項目不僅對開展遠海岸風電關鍵技術及裝備研究具有重大的現實意義和經濟價值,也將為南方電網公司后續開展海上風電柔性化輸送業務奠定基礎。


  目前南方電網公司新能源研究試驗基地的掛牌工作也在籌備中,基地的建設將發揮粵港澳大灣區的優勢,策劃與澳門大學、香港大學及其他國際研發組織進行合作。基地將包括新能源研究中心(廣東珠海)和海上“風電+儲能”并網研究實驗室二大板塊。


  其中在珠海橫琴建設國際領先的新能源創新研究中心,將以海上風電為重點攻關方向,建成新能源仿真、檢測、控制等系列研發平臺,形成一批標志性原創前沿技術成果。研究中心將具體對標美國國家風能技術中心(NWTC)、德國風能研究所(DEWI-OCC)等國際領先的新能源實驗室,建成國家級重點實驗室。


  海上“風電+儲能”并網研究實驗室,則依托桂山風電場,建設實景化的海上風電與儲能并網科研試驗環境,為研究中心科技創新與進步提供良好基礎條件。預計在珠海三角島建成海上風電、儲能等實景化綜合試驗平臺,建立海上風電“工程建設—投產驗收—運行維護”全生命周期檢測試驗體系,形成風電并網檢測服務能力。


  除了海上風電為代表的大規模新能源接入外,南方電網公司還將在綜合智慧能源、人工智能應用、大規模儲能、超導等關鍵領域和技術方向發力,推動科技成果在粵港澳三地的應用,構建適應粵港澳大灣區發展的能源生態系統。


  智能微網 生活更美好


  走進南沙高可靠性智能低碳微電網控制室,如同進入了調度室。寬大的電子屏上閃爍著項目所在地的用電量、光伏發電量、輸出功率等數據。南沙高可靠性智能低碳微電網項目位于廣州供電局供用電技術研發基地(以下簡稱基地)。天氣晴好,基地大樓屋頂上大片光伏板發電滿發,部分電供基地使用,剩余部分存儲在電池系統或者并入大電網。如受天氣影響,光伏發電不能滿足基地日常用電時,會自動啟用儲能系統供電。


  值得一提的是,該項目采用退役電動汽車動力電池儲能,實現退役電池在微網儲能梯級利用。通過微網能量管理系統的智能化,一方面控制系統模塊化設計可根據用戶的具體需求,個性化定制微網能源管理系統;另一方面實現多種運行方式優化控制,在各種運行或故障工況下保證重要負荷供電。


  位于廣州從化的明珠工業園擁有萬寶冰箱、萬寶空調等大型龍頭企業。大量企業集聚園區,冷、熱、電消耗巨大。傳統上,各企業將分別建設自己的能源供給系統。廣州供電局“工業園區多元用戶互動的配用電系統關鍵技術研究與示范項目”落戶在此地。去年項目順利通過了國家工業和信息化部產業發展促進中心組織的中期檢查。項目在滿足用戶用能需求的基礎上,針對園區企業生產線負荷特性,引入壓差發電、熱能梯級利用、余熱回收、空調節能改造等措施,為企業量身定制節能環保生產方案。在此基礎上,廣州供電局為明珠工業園區示范區建立了一套多能協同的智能調度系統,充分消納光伏發電和天然氣冷熱電三聯供等清潔能源。


  不僅廣州,東莞、珠海等地的智能微電網的示范項目、工程都取得了一定的突破。時機成熟后,這樣更環保、更節能、更可靠的微網項目可以推廣到更多的居民區、工業園區。


  這在世界上早有前例可循。在日本,東京電力公司在2012年便啟動向綜合能源服務商轉型。針對工商業客戶,他們將客戶需求分為節能、減排、高可靠性、減少初期投資成本四類,提供從設計、施工到運營、維護的“一站式”綜合能源服務。針對居民客戶,提供“電氣化住宅+個性化價格套餐+增值服務”方案,滿足其舒適、環保、安全、經濟的用能需求。


  全部順暢地實現上述想法,必須有成熟的技術支撐。其中之一是“透明電網”的實現。這一想法由中國工程院院士、南方電網公司專家委員會主任委員李立浧首次提出:把現代信息技術與電網相結合,在電網上安裝小微智能傳感器,讓電力系統的各個環節展示出來,包括電源信息透明、網絡信息透明、負荷信息透明、市場信息透明、設備狀態透明、運行狀態透明、交易狀態透明等等,形成“透明電網”。它可以讓社會各方廣泛深入參與電力生產、傳輸、消費等各個環節,協同促進能源電力的安全高效、綠色低碳發展。


  “透明電網”首先要給電網裝上“神經末梢”,賦予其“感知”能力,建立起泛在傳感網絡。小微智能傳感器的研發成為必要。目前,南網科研院在小微智能傳感器自主化研發方面取得突破性進展,掌握了基于巨磁阻芯片的電流測量原理、核心硬件電路及嵌入式測量軟件設計,并開展了微型電壓傳感技術方案研究。接下來,智能軟件系統、智能電氣設備、柔性網絡架構也要相應發展起來,構建起真正的“透明電網”。南方電網公司將繼續推動“透明電網”技術的發展。


  機器代人 人工智能成為現實


  在廣東中山建成的南方電網公司首個智能技術應用示范區里,大屏幕上展示電網關鍵數據,坐在屏幕前就能實現對線路和站點的遠程調度和指揮;變電站里的機器人代替員工進行巡視與操作,數據采集準確而全面;鐵塔上安裝的攝像頭,24小時記錄著周邊的一切……


  在深圳,全國第一座嵌入式附建變電站——深圳供電局110千伏投控變電站,通過機器人智能巡視、設備狀態智能監測、環境及設施智能監控、智能安防和程序化操作五大智能系統,已經實現設備巡視機器替代、設備操作一鍵可達、運行環境智能監控、作業風險智能識別。


  這些不是“黑科技”,而是未來的一次預演。


  去年,南方電網公司已成立由公司總師、職能部門負責人、行業領軍人才為負責人的10個重大科研團隊。接下來,公司將統籌網內科研資源,聚焦推動人工智能應用、大規模儲能等關鍵領域和技術方向的突破。同時圍繞能源產業價值鏈,探索分析科技成果商品化的路徑。


  現在,深圳供電局通過“面向電網設備運維的機器人關鍵技術與系統研究”的項目,已經研制了5類共8款機器人。所有機器人均已在各生產場所進入試運行階段,預計于2019年6月完成驗收。針對市場需求量較大、使用環境相對單一的高壓室巡檢機器人及電纜隧道巡檢機器人,深圳供電局還將爭取2020年實現成果孵化,其他3類機器人需要結合生產實際環境進行不斷優化,最終形成產品。


  廣東電網公司也正抓緊建設電力智能機器人創新中心,將聯合大灣區機器人研發、制造與供應鏈資源,建設電力機器人、無人機智能裝備研發與量產能力,推動粵港澳大灣區智能機器人產業創新發展。


  現有的創新早已不再是閉門造車,而是對接整合創新資源,協同創新。廣東電網能源科技孵化器、深圳供電局孵化器也將成為科技成果轉化、孵化科技公司的平臺。人工智能在電力行業的廣泛使用,將不僅使得電網變得“更聰明”,帶來一系列制造業的升級,產生巨大經濟效益,最終還將讓粵港澳大灣區的市民用能更加美好。


  南網傳媒全媒體記者 劉杰 通訊員 周慧 周潺 楊晶晶 郝思遠 李純


  南方電網公司

  2018-2022年,南方電網公司在粵港澳大灣區電網科研投入預計超過200億元。推動能源領域關鍵核心技術攻關,發揮公司直流輸電、大電網仿真等重點實驗室作用,打造科技創新平臺。


  廣東電網公司

  廣東電網公司將建立與港澳高校、科研機構、高新技術企業、科技園交流合作機制;在重點技術領域主導建立產學研深度融合的大灣區能源行業創新聯盟,共享創新資源,共商創新方向,共贏創新成果。預計到2022年底,初步建立創新人員、資金、項目、知識產權、成果的交流及流轉機制,主導建立大灣區能源行業創新聯盟,開展國際創新合作,培養聯合研發團隊,建設重大合作平臺。


  深圳供電局

  深圳供電局將以雙創基地為載體,搭建開放式、協同式創新平臺,匯集公司內外部優質創新資源,開展聯合創新、協同創新。正在與清華大學、上海交通大學、湖南大學、華為、騰訊等高校和知名創新企業商議共建聯合實驗室,再以一流的實驗條件,吸引內外部科研人員開展聯合創新。


  廣州供電局

  廣州供電局將聯合粵港澳大灣區高等院校、科研機構、產業集團等,構建“分工明確、合作共贏”產學研用深度融合的開放式技術創新體系,形成順暢高效的科技成果推廣和轉換模式,打造一支具有重大創新能力與行業影響力的科技人才隊伍,為大灣區提供源源不斷的創新動力。


  南網科研院

  南網科研院將依托南方電網公司粵港澳大灣區電力高峰合作互利機制,主動參與“廣州—深圳—香港—澳門”科技創新走廊建設,聯合政府機構、能源行業科研院所等,大力推動政產學研合作,促進電力能源行業創新要素的自由流通,共建開放合作、互利共贏的能源科技創新新生態,助力粵港澳大灣區建設具有全球影響力的國際科技創新中心。


  本稿攝影南網傳媒全媒體記者 李志杰 通訊員 郭嘉亮 許建軍 黃志偉 譚茂茜 胡家玥


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來源:南方電網報

 

標簽:用能更科學,探訪灣區,用能科學,背后的力量

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指導單位:國家能源局新能源和可再生能源司
    國家電網公司農電工作部
                           中國南方電網有限責任公司農電管理部
主辦單位:中國電機工程學會農村電氣化專委會
北京國宇出版有限公司
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聯系方式:北京市宣武區白廣路北口綜合樓 電話:010-63203701  編輯部:010-63203622
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