【轨物推荐】研报分享 | 电力系统智能化发展及关注重点

 

      碳达峰碳中和主要通过发展新能源、节能、电气化、碳捕集及利用等来实现。我国碳达峰碳中和的核心在于构建以新能源为主体的新型电力系统我国化石能源陆续达峰,但用电量持续增长,增量将主要来自风光,用电需求将推动电力系统建设长周期可持续发展。

 

新型电力系统的特征 #

 

      主要单位发布新型电力系统主要特征见下表。

 

 

      数据来源:国家电网、南方电网、能源局官网、公开报道

 

电力系统智能化主要领域 #

 

      2023年6月能源局发布《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》,新型电力系统数字化智能化涉及电源侧、电网侧、用电侧以及新模式新业态等领域众多应用场景。

 

 新型电力系统数字化智能化

      主要途径及应用场景

 

 

      数据来源:能源局官网《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》

 

电力系统智能化主要框架 #

 

 

      数据来源:英大证券研究所

 

电力系统智能化重点方向 #

 
新能源并网及功率预测
 

      并网及运行需求:2021年能源局新版两个细则出台后,各地区出台 自身并网实施细则,对光伏功率预测准确度进行严格考核并挂钩上网电 量,功率预测为并网硬性要求。2022年电力可靠性管理办法(暂行)要 求新能源发电企业应当加强发电功率预测管理。

 

      现货交易的需求:随着两批14个现货试点推进,新能源参与市场化交易的比重将持续提升,项目的发电优先排序、出力曲线都将成为收益 测算的重要指标,只有出力曲线尽可能贴合需求曲线,项目才能达到最优收益。

 

      精益管理的需求:风电光伏均进入平价低价上网阶段,项目投运后,降低运维成本、提高利用小时成为电站项目收益水平的关键,通过功率预测合理安排优化机组发电安排,能够有效提升机组利用小时。

 

      功率预测一般会综合考虑季节、时间、天气变化、温度等历史数据,并借助相关数据学习及预测模型,具有长期大量运行数据及数据学习经验成为相关公司关键考量。

 

  全国及相关地区并网细则

 


      数据来源:国家能源局、地方能源局官网

 

输变电状态监控及智能运维

 

      2022年4月国家发改委下发《电力可靠性管理办法(暂行)》,电力企业应当加强线路带电作业、无人机巡检、设备状态监测等先进技术应用,优化输变电设备运维检修模式。

 

      输变电设备状态检测:山区输配电线路巡检困难;提高巡检频率,降低全覆盖巡查时间;异常状态智能诊断(雷击、放电、覆冰等);  高精度定位及故障原因辨识等。

 

      巡检、作业机器人:技术的快速发展,推动电力机器人从传统巡检突破到带电作业,拓宽应用场景。从功能定义上,机器人从单一的巡 视功能,向巡视和操作功能集成方向发展。复合化、网络化、平台化将是未来巡检机器人重要发展方向。

 
智能配电——一二次融合设备
 

      一二次设备分开会存在一二次设备型号不匹配导致安装困难等问题。随电网对供电稳定性、可靠性要求不断提升,一二次融合(即在设计时将一次设备、二次设备的功能集成在一起)成为行业趋势。

 

      国家电网于2016年提出《配电设备一二次融合技术方案》,并分为“一二次成套阶段”和“一二次融合阶段”两个阶段推进。随着智能化设备需求不断增长,使得作为其关键支撑的一二次设备融合发展成为大势所趋。

 

一二次设备产品分类

    


      数据来源:公开资料整理

 
虚拟电厂等负荷侧管理
 

      虚拟电厂是能源与信息技术深度融合的重要方向,基于先进的量测、通信和控制技术,将不同空间的可调负荷、储能、微电网、电动汽 车、分布式电源等一种或多种可控资源聚合起来,实现对负荷侧可控资源的可观可测可控,可有效提升系统灵活性水平和电网调度机构对负 荷侧资源的管理水平。虚拟电厂属于需求侧响应的模式创新,根据《“十四五”现代能源体系规划》,力争到2025年,电力需求侧响应能力达 到最大负荷的3%~5%,其中华东、华中、南方等地区达到最大负荷的5%左右。根据中电联预测,2025年全国最大负荷16.3亿千瓦,以3%~5%计算,电力需求侧响应能力在5000万千瓦左右。

 

      行业相关政策的不断出台和电力体制改革的推进为虚拟电厂的落地提供了可能性,如电力两个细则、全国统一电力市场建设、电力现 货市场和辅助服务市场、分时电价机制等,各地加快推进虚拟电厂试点示范,推进虚拟电厂业务模式逐步具有商业可操作性。

虚拟电厂的核心是客户资源、控制与机制。虚拟电厂调度的基础是分布式光伏、智能微网、电动汽车充电平台、综合能源服务、用户侧需求侧响应等创新业务模式,其核心在于:一是与负荷端充分对接,具有客户资源优势,如电动汽车、分布式光伏等;二是深植电力领域 ,具有调度、控制、监测、优化、信息化等软硬件优势;三是能够与调度、电力交易、结算等能源相关平台的广泛对接。

 

我国虚拟电厂规模及参与市场情况
(国家电网经营区)

 

 

      数据来源:国网能源研究院虚拟电厂攻关研究团队

 
以智能电表为代表的智能计量与采集
 

      2009年以来,国网开始铺设智能电表;2014、2015年左右年度新增达到高点,其中2014年电能表招标数量9395万只,中标金额186亿元;2018年左右周期基本结束。

 

      上一代智能电表寿命一般为8-10年,2019年以来上一轮周期大规模铺设的智能电表逐步进入集中更换阶段,驱动招标量回升,  但受疫情扰动等因素影响2020年招标量出现短暂调整。随着双碳大背景下电网开启新型电力系统建设,2020年版智能电表8月发布, 智能电表招标量价回升。

  

      2021年智能电表招标量6726万只,中标金额201亿元,同比增长29.1%和49.7%。2022年国网共发布智能电表招标3个批次,合计7014万只,完成招标2个批次,合计金额154亿元。

 

      2009年-2022年国家电网电能表招标数量(万只)

 

 

2009年-2022年国家电网电能表中标金额(亿元)

 


      数据来源:国网电商平台,英大证券整理

 

      现行智能电表主要为一体化设计,为了防止外界对电能表程序的篡改而导致的电能计量不准问题的发生,电能表内的软件不允许在线升级,  当出现软件或硬件故障时,保障电力计量工作顺利进行的唯一可行措施即更换整个表;IR46突破了一体化设计思路,要求电能表电子设备与组件 分离,计量功能与其他功能相互独立,非计量部分软件在线升级不影响计量部分的准确性和稳定性。根据国网2021年发布的智能物联电能表通用 技术规范,IR46主要包含计量模组、管理模组和拓展模组,相比上一代电表,除了实行“双芯”(计量芯片+管理芯片)外,还增加了远程抄表及 电能质量监测等功能,单表价格普遍提升 。

 

      目前国网、南网采购以传统IEC标准智能电表为主,IR46标准智能电表逐步由试点到推广应用,根据根据南网科技2022年8月31日披露调研纪 要,2022年上半年国家电网新一代智能电表招标规模为100万只左右,率先开展了规模化应用;新一代智能电表在南方电网尚处于试点应用阶段 ,前期试点的3万多只电表应用效果良好,得到用户的高度肯定,预计将逐步进入新一代智能电表规模化应用阶段。

 
调度、网络安全、交易等系统
 

      调度:随着大规模新能源电力和海量柔性负荷渗透率不断升高,电网调度控制面临“源–网–荷–储”协同运行导致的电源供给不确定性增加、 逐级调度维度指数型增长、电力市场多方主体博弈不确定性增强等挑战,需要建设适应新能源发展的新型调度运行体系,提升新能源和配电网的  可观、可测、可控能力,提升系统平衡能力,预计国家电网2023年配网透明化(含分布式电源)水平达到80%以上。

 

      网络安全:电网控制功能由调控中心向配电、负荷控制以及第三方平台前移,电网的攻击暴露面大幅增加,电力系统已成为网络攻击的重 要目标,网络安全防护形势更加复杂严峻,需要深化电力监控系统安全防护体系,前瞻应对新型电力系统新业态新技术带来的网络安全新风险。

 

      电力交易:电力体制改革的持续推进,全国+省级两级电力市场持续完善,规则存在较大差异;两批现货市场试点不断推进,新能源参与市场化程度不断提高;绿电交易和电碳协同不断深入。交易范围、交易规则和交易范畴不断扩大推动交易系统持续增长。

 

#主要结论 #

 

      碳达峰碳中和下,工业、交通等领域电气化水平提升,电力行业长周期可持续保持增长,推动新型电力系统相关 设备、平台等投资建设长周期可持续稳定增长。

 

      灵活智能是新型电力系统建设的重要内容,高比例可再生能源、高比例电力电子设备以及高比例新型负荷持续接入都需要通过发输配售用智能化优化解决;长期以来,我国电力行业“重发轻供不管用”,随着新型电力系统的深入 推进,配电侧改造、智能化建设等逐步成为投资的重点。

 

      新能源发展与消纳(从新增主体逐步转变为供给主体)、电力体制改革深入推进(现货、辅助服务、跨省跨区等 推进绿电消纳以及用能侧创新)、迎峰度夏电力安全保供(全球气候异常导致电力安全保供周期拉长、挑战变大)三 轮驱动电力系统智能化发展。

 

      电力系统智能化关注新能源并网及功率预测;输变电状态监控及智能运维;智能配电一二次融合设备;虚拟电厂 等负荷侧管理;以智能电表为代表的智能计量与采集;调度、网络安全、交易等系统等方面。

 

      “十四五”期间,国家电网计划投入电网投资2.4万亿元,大力推进新能源供给消纳体系建设,配电网建设投资超过1.2 万亿元;南方电网规划投资约6700亿元,以加快数字电网建设和现代化电网进程,推动以新能源为主体的新型电力系统构建,其中,配电网建设规划投资达到3200亿元。在此背景下,把握新型电力系统整体发展态势,充分认识新型配用电系统建设给行业带来的机遇与挑战,对低压电器行业而言至关重要。中国电器工业协会通用低压电器分会与中国电工技术学会低压电器专委会始终致力于推动行业高质量发展,作为低压电器最重要的行业平台,将持续关注新型电力系统与新型配用电系统的发展动向,并组织开展各类活动围绕行业关切的热点问题展开多维度交流,推动行业高质量发展进程。

 

中电协通用低压电器分会秘书处

中国电工技术学会低压电器专委会秘书处

021-62574990-749

上海市武宁路505号

 

来源 | 国网英大集团英大证券研究所
编辑 | IMC DAI
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创建时间:2023-08-14
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