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[绝缘梯]我国电网未来15年发展已能源互联网为关键点

  北极星输配电网讯:国家发改委、国家能源局近日下发了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,并同时发布了《能源技术革命重点创新行动路线图》。其中关于电网路线如下:

现代电网关键技术创新

(一)战略方向

1.基础设施和装备。重点在柔性直流输配电、无线电能传输、大容量高压电力电子元器件和高压海底电力电缆等先进输变电装备技术,以及用于电力设备的新型绝缘介质与传感材料、高温超导材料等方面开展研发与攻关。

2.信息通信。重点在电力系统量子通信技术应用、电力设备在线监测先进传感技术、高效电力线载波通信、推动电力系统与信息系统深度融合等方面开展研发与攻关。

3.智能调控。重点在可再生能源并网、主动配电网技术、大电网自适应/自恢复安全稳定技术、适应可再生能源接入的智能调度运行、电力市场运营、复杂大电网系统安全稳定等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。突破柔性直流输配电、电动汽车无线充电技术,掌握大容量高压电力电子元器件和高压海底电力电缆等先进输变电装备关键技术,实现工业化、低成本制造及示范推广,相关技术及装备走向国际市场。突破信息通信安全技术和电力线载波技术,形成宽带电力线通信标准;形成适合电网运行要求的低成本、量子级的通信安全技术。研究大规模可再生能源和分布式发电并网关键技术并开展示范;突破电力系统全局协调调控技术,实现示范应用。完成现代复杂大电网安全稳定技术研究,实现现代复杂大电网安全稳定运行。

2.2030年目标。柔性直流输配电技术、新型大容量高压电力电子元器件和高压海底电力电缆等先进输变电装备达到国际先进水平。突破高温超导材料关键技术和工艺。形成适合电网运行要求的低成本、量子级的通信安全工程应用技术解决方案,实现规模化应用。微电网/局域网与大电网相互协调技术、源-网-荷协调智能调控技术获得充分应用。

3.2050年展望。无线输电技术得到应用,电网的系统、设备、通信、控制等技术引领国际先进水平,完全掌握材料、核心器件、装备和系统成套技术。完全解决可再生能源和分布式电源并网消纳问题。建成世界领先的、安全高效的、绿色环保的现代电网。

(三)创新行动

1.先进输变电装备技术。研发高可靠性、环保安全(难燃、低噪声)、低损耗、智能化及紧凑化的变压器;研制高电压、大电流、高可靠性和选相控制的替代SF6的新型气体介质断路器及真空和固态断路器,并开展示范应用;研制安全高效的新型限流器;突破高压海底电力电缆的制造和敷设技术,研发新型电缆材料、先进附件;研发高质量在线监测/检测装备和系统。

2.直流电网技术。研究直流电网架构及运行控制技术,建立直流电网技术装备标准体系;开展新型电压源型换流器、直流断路器、直流变压器、直流电缆、直流电网控制保护等核心设备研发和工程化;建设包含大规模负载群、集中/分布式新能源、大规模储能在内的直流电网示范工程。

3.电动汽车无线充电技术。以电动汽车无线充电为突破点和应用对象,研发高效率、低成本的无线电能传输系统,实现即停即充,甚至在行驶中充电。形成电动汽车无线充电技术标准体系,研究电动汽车无线充电场站的负荷管理,建设电动汽车无线充电场站示范工程。

4.新型大容量高压电力电子元器件及系统集成。研究先进电力电子元器件及应用;开展新一代大容量、高电压电力电子器件的材料研发和关键工艺技术研究;研发用于高电压、大容量直流断路器和断路保护器的高性能电力电子器件;建设高水平生产线,提高质量、降低成本,推进国产化。研究高压大容量固态电力电子变压器、大容量双向/多向换流器、多功能并网逆变器、智能开关固态断路器、固态电源切换开关、软常开开关设备。

5.高温超导材料。研究高温超导基础理论、各系材料配方及制备工艺;开展面向超导电力装备的应用型超导材料研究;推动高温超导材料的实用化,并研究其成套工程技术;开展高温超导在超导电缆、变压器、限流器、超导电机等领域的示范和应用。

6.信息通信安全技术。研究电力线频谱资源动态、高效地感知与使用;研究降低对已有通信业务干扰的关键技术,形成宽带电力线通信技术标准体系。建设能源互联网量子安全通信技术与常规网络融合应用示范,提出电网量子安全通信加密理论、量子通信协议及量子安全通信与经典网络通信融合的模型。形成适合我国电网量子安全通信要求的低成本、量子级安全可靠的通信技术解决方案。采用低功耗通用无线通信技术,实现电网末端海量信息的采集和传输。

7.高效电力线载波通信技术。研究进一步提高电力线载波通信频谱效率的通信方式,提高工作带宽并充分考虑利用电力线三相之间形成的多输入多输出构架,使电力线载波通讯系统物理层的传输速率达到Gbps;使电力线通信应用范围扩展到包括互联网接入、家庭联网、家庭智能控制、新能源监控及电力安全生产等众多领域。

8.可再生能源并网与消纳技术。制定大规模清洁能源发电系统并网接入技术标准和规范。研究并实现基于天气数据的可再生能源发电精确预测。研发并推广增强可再生能源并网能力的储能、多能源互补运行与控制、微电网、可再生能源热电联产等技术。发挥电力大数据和电力交易平台在促进可再生能源并网和消纳中的作用。实现电网和可再生能源电源之间的高度融合,促进可再生能源高效、大容量的分布式接入及消纳。

9.现代复杂大电网安全稳定技术。研究交直流混合电网、智能电网、微电网构成的复杂大电网稳定机理分析技术,在线/实时分析技术和协调控制技术;建立能源大数据条件下的现代复杂大电网仿真中心,研究满足大规模间歇性能源/分布式能源/智能交互/大规模电力电子设备应用的、高效精确的电力系统仿真技术;加强电网大面积停电的在线/实时预警和评估技术研究。

10.全局协调调控技术。研究大规模风电/光伏接入的输电网与含高比例分布式可再生能源的配电网之间协调互动的建模分析、安全评估、优化调度与运行控制技术,建立多种特性发电资源并存模式下的输配协同运行控制模式;针对未来电网中多决策主体、多电网形态特点,构建具有高度适应性的调度运行控制体系,开展“分布自律-互动协调”的源-网-荷协同的能量管理技术研发与示范应用。

能源互联网方面:

能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新业态。

推动能源智能生产技术创新,重点研究可再生能源、化石能源智能化生产,以及多能源智能协同生产等技术。

加强能源智能传输技术创新,重点研究多能协同综合能源网络、智能网络的协同控制等技术,以及能源路由器、能源交换机等核心装备。

促进能源智能消费技术创新,重点研究智能用能终端、智能监测与调控等技术及核心装备。推动智慧能源管理与监管手段创新,重点研究基于能源大数据的智慧能源精准需求管理技术、基于能源互联网的智慧能源监管技术。

加强能源互联网综合集成技术创新,重点研究信息系统与物理系统的高效集成与智能化调控、能源大数据集成和安全共享、储能和电动汽车应用与管理以及需求侧响应等技术,形成较为完备的技术及标准体系,引领世界能源互联网技术创新。

先进储能技术创新:

(一)战略方向

1.储热/储冷。重点在太阳能光热的高效利用、分布式能源系统大容量储热(冷)等方面开展研发与攻关。

2.物理储能。重点在电网调峰提效、区域供能的物理储能应用等方面开展研发与攻关。

3.化学储能。重点在可再生能源并网、分布式及微电网、电动汽车的化学储能应用等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。突破高温储热的材料筛选与装置设计技术、压缩空气储能的核心部件设计制造技术,突破化学储电的各种新材料制备、储能系统集成和能量管理等核心关键技术。示范推广10MW/100MWh超临界压缩空气储能系统、1MW/1000MJ飞轮储能阵列机组、100MW级全钒液流电池储能系统、10MW级钠硫电池储能系统和100MW级锂离子电池储能系统等一批趋于成熟的储能技术。

2.2030年目标。全面掌握战略方向重点布局的先进储能技术,实现不同规模的示范验证,同时形成相对完整的储能技术标准体系,建立比较完善的储能技术产业链,实现绝大部分储能技术在其适用领域的全面推广,整体技术赶超国际先进水平。

3.2050年展望。积极探索新材料、新方法,实现具有优势的先进储能技术储备,并在高储能密度低保温成本热化学储热技术、新概念电化学储能技术(液体电池、镁基电池等)、基于超导磁和电化学的多功能全新混合储能技术等实现重大突破,力争完全掌握材料、装置与系统等各环节的核心技术。全面建成储能技术体系,整体达到国际领先水平,引领国际储能技术与产业发展。

(三)创新行动

1.储热/储冷技术。研究高温(≥500°C)储热技术,开发高热导、高热容的耐高温混凝土、陶瓷、熔盐、复合储热材料的制备工艺与方法;研究高温储热材料的抗热冲击性能及机械性能间关系,探究高温热循环动态条件下材料性能演变规律;研究10MWh级以上高温储热单元优化设计技术。开展10~100MWh级示范工程,示范验证10~100MWh级面向分布式供能的储热(冷)系统和10MW级以上太阳能光热电站用高温储热系统;开发储热(冷)装置的模块化设计技术,研究大容量系统优化集成技术、基于储热(冷)的动态热管理技术。研究热化学储热等前瞻性储热技术,探索高储热密度、低成本、循环特性良好的新型材料配对机制;突破热化学储热装置循环特性、传热特性的强化技术;创新热化学储热系统的能量管理技术。

2.新型压缩空气储能技术。突破10MW/100MWh和100MW/800MWh的超临界压缩空气储能系统中宽负荷压缩机和多级高负荷透平膨胀机、紧凑式蓄热(冷)换热器等核心部件的流动、结构与强度设计技术;研究这些核心部件的模块化制造技术、标准化与系列化技术。突破大规模先进恒压压缩空气储能系统、太阳能热源压缩空气储能系统、利用LNG冷能压缩空气储能系统等新型系统的优化集成技术与动态能量管理技术;突破压缩空气储能系统集成及其与电力系统的耦合控制技术;建设工程示范,研究示范系统调试与性能综合测试评价技术;研发储能系统产业化技术并推广应用。

3.飞轮储能技术。发展10MW/1000MJ飞轮储能单机及阵列装备制造技术。突破大型飞轮电机轴系、重型磁悬浮轴承、大容量微损耗运行控制器以及大功率高效电机制造技术;突破飞轮储能单机集成设计、阵列系统设计集成技术;研究飞轮单机总装、飞轮储能阵列安装调试技术;研究飞轮储能系统应用运行技术、检测技术、安全防护技术;研究飞轮储能核心部件专用生产设备、总装设备、调试设备技术和批量生产技术。研究大容量飞轮储能系统在不同电力系统中的耦合规律、控制策略;探索飞轮储能在电能质量调控、独立能源系统调节以及新能源发电功率调控等领域中的经济应用模式;建设大型飞轮储能系统在新能源的应用示范。

4.高温超导储能技术。探索高温超导储能系统的设计新型原理,突破2.5MW/5MJ以上高温超导储能磁体设计技术;研究高温超导储能系统的功率调节系统PCS的设计、控制策略、调制及制造技术;研究高温超导储能低温高压绝缘结构、低温绝缘材料和制冷系统设计技术;研究高性能在线监控技术、实时快速测量和在线检测控制技术。布局基于超导磁和电化学及其它大规模物理储能的多功能全新混合储能技术,重点突破混合储能系统的控制技术及多时间尺度下的能量匹配技术。开发大型高温超导储能装置及挂网示范运行。

5.大容量超级电容储能技术。开发新型电极材料、电解质材料及超级电容器新体系。开展高性能石墨烯及其复合材料的宏量制备,探索材料结构与性能的作用关系;开发基于钠离子的新型超级电容器体系。研究高能量混合型超级电容器正负电极制备工艺、正负极容量匹配技术;研发能量密度30Wh/kg、功率密度5000W/kg的长循环寿命超级电容器单体技术。研究超级电容器模块化技术,突破大容量超级电容器串并联成组技术。研究10MW级超级电容器储能装置系统集成关键技术,突破大容量超级电容器应用于制动能量回收、电力系统稳定控制和电能质量改善等的设计与集成技术。

6.电池储能技术。突破高安全性、低成本、长寿命的固态锂电池技术,以及能量密度达到300Wh/kg的锂硫电池技术、低温化钠硫储能电池技术;研究比能量>55Wh/kg,循环寿命>5000次(80%DOD)的铅炭储能电池技术;研究总体能量效率≥70%的锌镍单液流电池技术;研究储能电池的先进能量管理技术、电池封装技术、电池中稀有材料及非环保材料的替代技术。研究适用于100kW级高性能动力电池的储能技术,建设100MW级全钒液流电池、钠硫电池、锂离子电池的储能系统,完善电池储能系统动态监控技术。突破液态金属电池关键技术,开展MW级液态金属电池储能系统的示范应用。布局以钠离子电池、氟离子电池、氯离子电池、镁基电池等为代表的新概念电池技术,创新电池材料、突破电池集成与管理技术。

节能与能效提升技术创新:

加强现代化工业节能技术创新,重点研究高效工业锅(窑)炉、新型节能电机、工业余能深度回收利用以及基于先进信息技术的工业系统节能等技术并开展工程示范。

开展建筑工业化、装配式住宅,以及高效智能家电、制冷、照明、办公终端用能等新型建筑节能技术创新。

推动高效节能运输工具、制动能量回馈系统、船舶推进系统、数字化岸电系统,以及基于先进信息技术的交通运输系统等先进节能技术创新。

加强能源梯级利用等全局优化系统节能技术创新,开展散煤替代等能源综合利用技术研究及示范,对我国实现节能减排目标形成有力支撑。


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