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【特约专稿】英国输电网短期规划如何与能源长期规划对接?

【编者按】本刊特邀请天津大学朱介北教授、英国国家电网公司周小尧博士等撰写本文,阐述英国交直流输电网规划方法及应用,希望能为中国电网提供对比和参考。本文受国家重点研发计划(2018YFA070220)资助。

原文发表在《全球能源互联网》2020年第3卷第1期,欢迎点击品读。

英国交直流输电网规划方法

及对中国电网规划的启示

朱介北1*,周小尧2,曾平良3,张小平4,王成山1
(1. 天津大学;2. 英国国家电网公司;3. 杭州电子科技大学;4. 英国伯明翰大学)


文章导读

英国电力系统经过100多年的发展,由实践探索形成了先进的规划理念、经验与标准规范,尤其是高度开放的电力市场、成熟的电力监管机制和激励政策、完善的输配电规划与运行标准,对于中国电力行业改革和未来电网发展格局具有较强的借鉴意义。近20年来,英国政府高度重视低碳可再生能源技术,积极建设发展风电、光伏和直流输电等新技术,截至2017年底,风电和光伏装机已占总装机的约30%。如今英国实现了高比例可再生能源电力系统运行,足见其发展新能源的雄心魄力和对本国电网规划运行技术的信心。


摘要

首先简要概述英国交直流输电网的发展现状,然后从交流和直流规划两方面阐述了其理念和方法。交流电网规划方面包括未来电力能源情景的选择和制定、电网模型的建立、未来电网需求分析、电网规划技术性和经济性分析等,直流输电系统规划方面包括直流输电系统对交流输电网潮流阻塞成本的影响、直流输电规划的参考成本以及直流输电系统的经济性分析等,并分别给出了实践案例。最后结合英国电网规划的理念和方法,提出了其对中国电网规划的借鉴意义,以为中国未来电网规划工作提供对比和参考。


主要内容

燃煤电厂在政府的高二氧化碳排放税的限制下逐渐关停,新能源发电尤其是风电在等新能源鼓励政策(Renewable Obligation、Contract for Difference)的驱动下发展迅速。值得一提的是,英国于2017年4月21日首次实现了自工业革命以来的24h零煤炭发电,这标志着英国在新能源发展和降低工业二氧化碳排放方面跨入了一个新阶段。


图1  2017年英国发电装机构成

英国不列颠岛目前有4条跨国直流输电线路(如图3绿色线路所示)和1条国内高压直流线路。4条跨国直流线路分别连接爱尔兰(EWIC,容量为500MW)、北爱尔兰(Moyle,容量为500 MW)、法国(IFA,容量为2000 MW)和荷兰(BritNed,容量为1000 MW)。1条国内高压直流线路(Western Link,容量为2400 MW)连接苏格兰西部海岸与英格兰西北部海岸,2017年投运后该线路保障了苏格兰多条风能向英格兰用电中心的输送。

图2  2030年英国直流输电系统展望图

英国交流输电网规划分为三个阶段,第一阶段为未来能源情景预测,第二阶段为电力系统规划建模和电网强化需求分析,第三阶段为电网规划评估。

图3 英国交流输电网规划技术路线及主要出版物

未来能源情景预测分为4个情景:消费者电力情景(consumer power,CP)、两摄氏度情景(two degrees,2D)、缓慢发展情景(slow progression,SP)、平稳状态情景(steady state,SS)。

图4未来能源情景

由于用电能效提高、经济放缓,英国用电负荷峰值近十几年来呈现逐年下降的趋势。英国的用电高峰在冬季,低峰在夏季(最低为17GW),负荷大多数时间在30GW至40GW的区间变化。

图5  英国峰值负荷曲线

发电建模方面,将FES的未来发电容量,依据《英国供电安全和质量标准》中经济发电调度原则的要求,优先安排上区的发电形式,各类型发电技术按照一个固定系数调度其出力,例如核电按85%、高压直流输电按100%、风电按70%等;仍然无法满足的剩余负荷部分,再调度排在下区的发电形式,其调度出力系数为同一个值,即总剩余负荷与下区发电装机总容量之比。将每一个电厂的调度出力应用至英国全网模型中。

图6  英国供电安全和质量标准中的经济型调度方案

图7 电网规划的6条主要传输断面和分区

图8  《电力十年报表》分析获得的宽广范围传输断面B8的未来潮流


本文引文信息

朱介北,周小尧,曾平良,等. 英国交直流输电网规划方法及对中国电网规划的启示[J]. 全球能源互联网,2020,3(1):59-69.


ZHU Jiebei, ZHOU Xiaoyao, ZENG Pingliang, et al. Great Britain’s transmission grid planning method and its enlightenment to China’s grid planning [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(1): 59-69 (in Chinese).

作者简介


朱介北


博士,教授,通信作者


主要研究方向为柔性直流输电系统、新能源发电系统、电网规划与调度

E-mail:

zhujiebei@hotmail.com



周小尧


博士,英国国家电网公司技术政策部经理


主要研究方向为技术政策制定与分析

E-mai:

xiaoyao.zhou@nationalgrid.com



曾平良


博士,教授


主要研究方向为电力系统规划

E-mail:

plzeng@hotmail.com



张小平


博士,教授


主要研究方向为全球电力能源互联网、能源共同体、电力市场、高压直流输电、可再生能源控制、智能电网

E-mail:

x.p.zhang@bham.ac.uk




王成山


博士,教授


主要研究方向为配电网规划与设计、微电网技术

E-mail:

cswang@tju.edu.cn



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编辑:张宇

审核:白恺


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