用能更科学

记者探访湾区用能科学、高效、智能背后的力量

信息来源:南方电网报  发布时间2019-03-19

  在广州中心知识城智能小区,科技让居民生活更加便捷、美好。(资料图片)

  南网科研院仿真实验室青年科研工作者正在开展仿真实验。

  深圳供电局吊轨机器人对110千伏GIS设备进行红外测温。

  广东电网公司中山供电局生产监控指挥中心可掌控设备状态、运行情况等。(资料图片)

 

  科技改变人类的生活。电网领域的科技突破也正悄无声息地让人类用能变得更加美好。

  对生活在粤港澳大湾区的市民来说,这意味着未来使用的电不仅有来自西部的水电,还有很大一部分来自海上——珠海、阳江、惠州等地海上风场产生的风电将源源不断接入现有电网。“透明电网”四个字将真实发生在生活中:市民时刻掌握家中所有设备用电数据,随时随地用手机制定家庭用电策略;工业园区里的工厂主可以在南方电网公司定制节能环保生产方案;储能不再只是一个遥远的词汇,家用电动汽车的电池退役后可以变现给电网公司,或者平时便可利用峰谷差价赚点零花钱;如果市民选择到身边的变电站参观,会神奇地发现这里基本实现了“机器替代人”,巡检、运维全部由机器人来完成……

  这些在不远的未来不再只是梦想,甚至部分已经实现。这离不开科技的支撑。

  致力于向智能电网运营商、能源产业价值链整合商、能源生态系统服务商转型的南方电网公司,一直以来坚持创新驱动战略。目前已在粤港澳大湾区建成直流输电、特高压工程技术等国家级实验室,在特高压直流输电领域“领跑”。同时正在布局建设新能源、分布式微网、信息安全、储能、超导等实验室和工程中心,支撑粤港澳大湾区国家自主创新示范区与国家双创示范基地、众创空间建设。公司还将对接全球创新资源,积极参与“广州—深圳—香港—澳门”科技创新走廊建设,预计2018—2022年,大湾区电网科技研发投入将超过200亿元,助力粤港澳大湾区建设具有全球影响力的国际科技创新中心,为粤港澳大湾区人民更好的用能生活提供科技支持。

  技术攻关 大电网更加安全稳定

  黄伟煌最近很忙,不仅他,整个南网科研院昆柳龙直流工程技术攻关团队都十分忙碌。黄伟煌在混合多端控制保护技术攻关组,昆柳龙直流工程中控制保护系统的设计规范和设备测试是他和小伙伴现在的工作重点。由于昆柳龙工程的控制保护策略十分复杂,技术攻关组搭建了纯软件仿真、半实物仿真等三个不同的实验平台进行同步测试,互相验证。目前攻关组成员长期驻守在直流输电技术国家重点实验室、控制保护厂家开展技术攻关和仿真测试工作。

  现有测试完毕后,控制保护关键设备将从厂家拉入位于南网科研院的南方电网仿真重点实验室,现在实验室有一部分场地正封闭施工。据仿真研究所试验平台技术研究室室主任蔡海青介绍,为了确保昆柳龙直流工程中关键设备的万无一失,它们的功能、性能测试将全部在南方电网仿真重点实验室完成。在之前的工程中,确定设备本身性能的功能测试主要在厂家完成,确定其接入南网大系统的性能测试在仿真实验室完成。

  设备进入施工现场前,能有如此完备的前期测试得益于南方电网已经形成了全世界最先进、最齐全的直流输电技术和交直流复杂大电网运行分析技术。通过多年工程试验、技术服务和科技研发技术积累,打造了具有国际水准的大电网全景实时仿真试验分析平台。

  南方电网仿真重点实验室就像实际系统(电网)的一个镜子,实际系统有什么、发生了什么,都可以在这个镜像系统里真实再现。如同照相,把眼前的物理世界变成数字化系统。通过仿真系统还可以验证昆柳龙直流工程采用柔性直流的技术优势和可行性,即不仅可以定性评价,还可以定量的方法给出计算仿真的结果。

  可以说,世界上还没有哪个国家或者地区电网有这么强的一个大电网实时仿真系统,即使有,也没有南方电网公司做得这么完整和细致。选择建设仿真系统,本身也是南网科研院当时做的一个非常重要的运行技术选择,它在世界上都具有技术上的独创性。

  不仅如此,南方电网公司通过攻克一个又一个重大工程的技术难关,逐步在特高压直流输电技术、柔性直流输电技术、特大型交直流并联电网运行与控制技术等领域取得重大突破,这支撑了西电东送通道的畅通,确保了公司驾驭复杂电网的能力,也带动直流输电整个产业链向前发展。通过正在建设的昆柳龙直流工程,南方电网公司也将突破并掌握具有自主知识产权的特高压多端柔性直流核心关键技术,继续保持特高压直流输电领域的领跑优势,占据全球直流技术制高点。

  新能源接入 生活更绿色

  南网科研院智能电网研究所副所长袁智勇最近忙着一个国家重点研发计划项目的申报工作,这个项目是“大型海上风电机组多场耦合性能测试与验证关键技术”。袁智勇介绍,这个项目将由南方电网公司联合海上风电业主公司、风机制造厂商、检测机构以及大学等联合申报。这也是公司产学研紧密结合的科技创新体系的典型体现。项目目前仍然在组团申报,最后能不能拿下还有未知数,但是南方电网公司对海上风电的大规模接入等课题研究不会停止。

  近两年,广东海上风电建设取得突破性进展,2017年已核准并开工建设5个海上风电项目,总装机容量150万千瓦;2018年再核准10个以上海上风电项目,总装机容量365万千瓦。根据《广东省海上风电发展规划(2017—2030年)(修编)》,2020年底前,要开工建设海上风电装机容量1200万千瓦以上;2030年底前,建成约3000万千瓦。粤港澳大湾区发展海上风电还有装备制造业齐全的优势,在2017年全球权威研究机构To-taro&Associates发布的《全球海上风电创新趋势报告》中,处于海上风电创新排名中第一位的明阳风电便位于中山市。

  海上风电等新能源规模化发展与接入,也成为公司加快向能源产业价值链整合商转型的机遇。为此,公司积极布局新能源消纳及海上风电接入等领域,争取自主掌握海上风电、光伏等新能源接入核心技术。

  事实上早在2018年6月份,南方电网公司海上风电专题项目《远海岸风电送出关键技术及装备研究》就已获得了广东省海洋与渔业厅2018年度省级促进经济发展专项资金(海洋经济发展用途),项目金额2000万元。项目不仅对开展远海岸风电关键技术及装备研究具有重大的现实意义和经济价值,也将为南方电网公司后续开展海上风电柔性化输送业务奠定基础。

  目前南方电网公司新能源研究试验基地的挂牌工作也在筹备中,基地的建设将发挥粤港澳大湾区的优势,策划与澳门大学、香港大学及其他国际研发组织进行合作。基地将包括新能源研究中心(广东珠海)和海上“风电+储能”并网研究实验室二大板块。

  其中在珠海横琴建设国际领先的新能源创新研究中心,将以海上风电为重点攻关方向,建成新能源仿真、检测、控制等系列研发平台,形成一批标志性原创前沿技术成果。研究中心将具体对标美国国家风能技术中心(NWTC)、德国风能研究所(DEWI-OCC)等国际领先的新能源实验室,建成国家级重点实验室。

  海上“风电+储能”并网研究实验室,则依托桂山风电场,建设实景化的海上风电与储能并网科研试验环境,为研究中心科技创新与进步提供良好基础条件。预计在珠海三角岛建成海上风电、储能等实景化综合试验平台,建立海上风电“工程建设—投产验收—运行维护”全生命周期检测试验体系,形成风电并网检测服务能力。

  除了海上风电为代表的大规模新能源接入外,南方电网公司还将在综合智慧能源、人工智能应用、大规模储能、超导等关键领域和技术方向发力,推动科技成果在粤港澳三地的应用,构建适应粤港澳大湾区发展的能源生态系统。

  智能微网 生活更美好

  走进南沙高可靠性智能低碳微电网控制室,如同进入了调度室。宽大的电子屏上闪烁着项目所在地的用电量、光伏发电量、输出功率等数据。南沙高可靠性智能低碳微电网项目位于广州供电局供用电技术研发基地(以下简称基地)。天气晴好,基地大楼屋顶上大片光伏板发电满发,部分电供基地使用,剩余部分存储在电池系统或者并入大电网。如受天气影响,光伏发电不能满足基地日常用电时,会自动启用储能系统供电。

  值得一提的是,该项目采用退役电动汽车动力电池储能,实现退役电池在微网储能梯级利用。通过微网能量管理系统的智能化,一方面控制系统模块化设计可根据用户的具体需求,个性化定制微网能源管理系统;另一方面实现多种运行方式优化控制,在各种运行或故障工况下保证重要负荷供电。

  位于广州从化的明珠工业园拥有万宝冰箱、万宝空调等大型龙头企业。大量企业集聚园区,冷、热、电消耗巨大。传统上,各企业将分别建设自己的能源供给系统。广州供电局“工业园区多元用户互动的配用电系统关键技术研究与示范项目”落户在此地。去年项目顺利通过了国家工业和信息化部产业发展促进中心组织的中期检查。项目在满足用户用能需求的基础上,针对园区企业生产线负荷特性,引入压差发电、热能梯级利用、余热回收、空调节能改造等措施,为企业量身定制节能环保生产方案。在此基础上,广州供电局为明珠工业园区示范区建立了一套多能协同的智能调度系统,充分消纳光伏发电和天然气冷热电三联供等清洁能源。

  不仅广州,东莞、珠海等地的智能微电网的示范项目、工程都取得了一定的突破。时机成熟后,这样更环保、更节能、更可靠的微网项目可以推广到更多的居民区、工业园区。

  这在世界上早有前例可循。在日本,东京电力公司在2012年便启动向综合能源服务商转型。针对工商业客户,他们将客户需求分为节能、减排、高可靠性、减少初期投资成本四类,提供从设计、施工到运营、维护的“一站式”综合能源服务。针对居民客户,提供“电气化住宅+个性化价格套餐+增值服务”方案,满足其舒适、环保、安全、经济的用能需求。

  全部顺畅地实现上述想法,必须有成熟的技术支撑。其中之一是“透明电网”的实现。这一想法由中国工程院院士、南方电网公司专家委员会主任委员李立浧首次提出:把现代信息技术与电网相结合,在电网上安装小微智能传感器,让电力系统的各个环节展示出来,包括电源信息透明、网络信息透明、负荷信息透明、市场信息透明、设备状态透明、运行状态透明、交易状态透明等等,形成“透明电网”。它可以让社会各方广泛深入参与电力生产、传输、消费等各个环节,协同促进能源电力的安全高效、绿色低碳发展。

  “透明电网”首先要给电网装上“神经末梢”,赋予其“感知”能力,建立起泛在传感网络。小微智能传感器的研发成为必要。目前,南网科研院在小微智能传感器自主化研发方面取得突破性进展,掌握了基于巨磁阻芯片的电流测量原理、核心硬件电路及嵌入式测量软件设计,并开展了微型电压传感技术方案研究。接下来,智能软件系统、智能电气设备、柔性网络架构也要相应发展起来,构建起真正的“透明电网”。南方电网公司将继续推动“透明电网”技术的发展。

  机器代人 人工智能成为现实

  在广东中山建成的南方电网公司首个智能技术应用示范区里,大屏幕上展示电网关键数据,坐在屏幕前就能实现对线路和站点的远程调度和指挥;变电站里的机器人代替员工进行巡视与操作,数据采集准确而全面;铁塔上安装的摄像头,24小时记录着周边的一切……

  在深圳,全国第一座嵌入式附建变电站——深圳供电局110千伏投控变电站,通过机器人智能巡视、设备状态智能监测、环境及设施智能监控、智能安防和程序化操作五大智能系统,已经实现设备巡视机器替代、设备操作一键可达、运行环境智能监控、作业风险智能识别。

  这些不是“黑科技”,而是未来的一次预演。

  去年,南方电网公司已成立由公司总师、职能部门负责人、行业领军人才为负责人的10个重大科研团队。接下来,公司将统筹网内科研资源,聚焦推动人工智能应用、大规模储能等关键领域和技术方向的突破。同时围绕能源产业价值链,探索分析科技成果商品化的路径。

  现在,深圳供电局通过“面向电网设备运维的机器人关键技术与系统研究”的项目,已经研制了5类共8款机器人。所有机器人均已在各生产场所进入试运行阶段,预计于2019年6月完成验收。针对市场需求量较大、使用环境相对单一的高压室巡检机器人及电缆隧道巡检机器人,深圳供电局还将争取2020年实现成果孵化,其他3类机器人需要结合生产实际环境进行不断优化,最终形成产品。

  广东电网公司也正抓紧建设电力智能机器人创新中心,将联合大湾区机器人研发、制造与供应链资源,建设电力机器人、无人机智能装备研发与量产能力,推动粤港澳大湾区智能机器人产业创新发展。

  现有的创新早已不再是闭门造车,而是对接整合创新资源,协同创新。广东电网能源科技孵化器、深圳供电局孵化器也将成为科技成果转化、孵化科技公司的平台。人工智能在电力行业的广泛使用,将不仅使得电网变得“更聪明”,带来一系列制造业的升级,产生巨大经济效益,最终还将让粤港澳大湾区的市民用能更加美好。

  南网传媒全媒体记者 刘杰 通讯员 周慧 周潺 杨晶晶 郝思远 李纯

  南方电网公司

  2018-2022年,南方电网公司在粤港澳大湾区电网科研投入预计超过200亿元。推动能源领域关键核心技术攻关,发挥公司直流输电、大电网仿真等重点实验室作用,打造科技创新平台。

  广东电网公司

  广东电网公司将建立与港澳高校、科研机构、高新技术企业、科技园交流合作机制;在重点技术领域主导建立产学研深度融合的大湾区能源行业创新联盟,共享创新资源,共商创新方向,共赢创新成果。预计到2022年底,初步建立创新人员、资金、项目、知识产权、成果的交流及流转机制,主导建立大湾区能源行业创新联盟,开展国际创新合作,培养联合研发团队,建设重大合作平台。

  深圳供电局

  深圳供电局将以双创基地为载体,搭建开放式、协同式创新平台,汇集公司内外部优质创新资源,开展联合创新、协同创新。正在与清华大学、上海交通大学、湖南大学、华为、腾讯等高校和知名创新企业商议共建联合实验室,再以一流的实验条件,吸引内外部科研人员开展联合创新。

  广州供电局

  广州供电局将联合粤港澳大湾区高等院校、科研机构、产业集团等,构建“分工明确、合作共赢”产学研用深度融合的开放式技术创新体系,形成顺畅高效的科技成果推广和转换模式,打造一支具有重大创新能力与行业影响力的科技人才队伍,为大湾区提供源源不断的创新动力。

  南网科研院

  南网科研院将依托南方电网公司粤港澳大湾区电力高峰合作互利机制,主动参与“广州—深圳—香港—澳门”科技创新走廊建设,联合政府机构、能源行业科研院所等,大力推动政产学研合作,促进电力能源行业创新要素的自由流通,共建开放合作、互利共赢的能源科技创新新生态,助力粤港澳大湾区建设具有全球影响力的国际科技创新中心。

  本稿摄影南网传媒全媒体记者 李志杰 通讯员 郭嘉亮 许建军 黄志伟 谭茂茜 胡家玥