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第十六屆中國南方電網國際技術論壇專題:前瞻,讓技術更實用

南方電網報2019-12-06

  6月27日,陽江南鵬島海上風電項目順利完成首臺風機葉輪吊裝。譚文強 攝

  南方電網公司致力于構建創新生態共同體,推動智能電網新發展。(制圖:藍望)

 

  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曾說:技術創新分為三個層次:一是創新型技術,立足當前,對未來3-5年能起到重大作用;二是前瞻性技術,能夠影響未來5-10年發展;三是顛覆性技術,這個技術對未來發生重大影響,能產生新的發展動力,帶來新的變革及新的行業生態。

  對于電力這個傳統工業來說,技術多為應用型,即使現在一直在突破的特高壓柔性直流技術,也是有技術路線的。

  但是,隨著其他行業顛覆性技術的出現,比如5G、人工智能、工業互聯網等技術的發展與應用,可能對電網行業帶來深刻的改變。同樣,電網本身也面臨一些新的問題,比如新能源的大規模接入對電網產生怎樣的影響?微網技術發展得很好了,但是在南海永興島如何更好地利用海洋提供電力?面對這些問題,南方電網公司的科技工作者一直在努力試圖作出解答。

  未雨綢繆,提前布局新能源領域

  今年9月,南方電網新能源研究中心(廣東珠海)(以下簡稱“研究中心”)在珠海橫琴掛牌成立。研究中心將對標美國國家風能技術中心、德國風能研究所等國際領先的新能源實驗室,建成國家級重點實驗室。同時,南方電網公司還在籌劃建設海上“風電+儲能”并網研究實驗室,將依托桂山風電場,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。

  事實上,南方電網公司一直積極布局海上風電等新能源大規模接入電網的技術領域。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。南網科研院為此成立了海上風電技術研究專項工作組,主要解決海上換流站、直流海纜和電力系統的消納能力等技術關鍵點。

  這基于一個刻不容緩的現實,即近年來,廣東省政府大力推進海上風電發展。根據《廣東省海上風電發展規劃(2017-2030年)(修編)》,預計到2030年底,廣東建成投產海上風電裝機容量將達到3000萬千瓦,屆時廣東或將成為全國海上風電裝機容量最大的省份。“采用什么方式接入、如何更好地抵御臺風等自然災害,保障大電網系統穩定,都是需要解決的問題。”南方電網公司系統運行部高級技術專家蘇寅生介認為必須做好技術儲備。

  布局遠海岸風電送出也是基于這一考慮。南網科研院直流輸電與電力電子技術研究所室主任趙曉斌介紹,目前廣東省遠海岸風電資源占一半以上,從全球已建和在建的海上風電場、國家及廣東省的相關政策來看,避開已經開發利用的海域和功能多敏感度高的海域,向深海海域發展海上風電成為一種趨勢。另一方面,國內對于在深遠海區域海上風電送出研究卻基本處于空白地帶。

  海上風電接入電網有兩種方式,分別是高壓交流輸電和高壓直流輸電。后者是國際上大規模、遠海岸海上風電送出的唯一方式。“實際上,我國海上風電直流送出已經落后西門子、ABB等企業。但是南方電網公司通過南澳多端柔性直流示范工程,對海上風電送出采用直流已經有了一些探索。而且我們也可以借鑒陸上柔性直流技術發展的成功經驗。”南網科研院直流輸電與電力電子技術研究所研究員陳怡靜認為。

  現在也是開展遠海岸風電直流送出技術研究和裝備開發的最好時機。目前南網科研院的海上風電技術研究專項組在海上風電關鍵技術研究、新能源試驗檢測基地建設、海上風電并網示范工程三個方面取得了一些成績。

  除海上風電為代表的大規模新能源接入外,南方電網公司還在氫能儲能、超導等關鍵領域和技術方向發力。其中超導領域,廣東電網公司已經完成160千伏超導限流器工程樣機分子部件研制,預計12月份完成后系統集成并通過第三方測試。云南電網“氫儲能促進可再生能源消納、利用及裝備技術研究與示范”項目也獲得云南省重大科技立項,項目完成后,將為云南大規模開展有機液體氫儲能工程應用、HCNG燃燒和有機液體燃料電池客車等綜合氫能利用奠定堅實的技術基礎。

  積極作為,抓住技術帶來的機遇

  鼠標輕擊、耗時數秒,南方電網系統運行部自動化處的技術專家梁壽愚使用AI負荷預測模型,能夠迅速生成一條電網負荷曲線。《2018年基于深度學習算法的負荷預測結果與年方式對比分析》報告表明,2018年,廣東年度最高統調負荷,通過深度學習預測的準確率接近99%,超過傳統人工預測的準確率。大數據下的人工智能,可以讓電網人更加了解電網的屬性。

  “過去是上千個站點接入電網,隨著可再生能源占比提升,以及未來各類新型終端的布局,會有上百萬甚至更多站點接入,原有信息系統無法支撐如此海量的數據訪問,運算速度也會很緩慢。”梁壽愚解釋說:“必須依托于云計算的強大算力提升計算速度,并實現橫向拓展存儲能力以節約系統建設成本。”

  這只是AI在電網應用場景的冰山一角。圖像識別、語音識別、語義分析、人臉識別、視頻識別等諸多成熟的AI技術,已經在輸電巡檢、設備缺陷識別、客服熱線等場景小試牛刀。

  9月初,由深圳供電局與華為公司組建的聯合創新實驗室展示了雙方在電力行業乃至全球首次應用的多項技術成果。其中,新一代輸電智能巡檢系統憑借人工智能和物聯網技術,能實時分析線路缺陷和異常,并向輸電人員反饋和告警。“人工巡線要20天完成的工作量,利用該系統只需2小時。”深圳供電局輸電管理所副主任魏前虎介紹。

  今年4月份的一個下午,深圳一條重要的輸電線路跳閘停電。華為公司開發的Atlas核心模塊,搭載深圳供電局研發的智能識別算法,第一時間發出告警,該線路62號塔下突然出現吊車施工。魏前虎說:“經過后臺視頻確認和技術分析,很快就找到了故障原因,僅用了不到50分鐘就排除故障并恢復送電,同樣的情況,如果發生在以前,至少需要一天的時間才能找到故障并恢復送電。”

  巡檢系統智慧升級的背后,是多項前沿技術的應用。結合華為物聯網端側技術,該系統還具備了電力行業首個人工智能物聯網架構,可以實現輸變電音視頻、圖像,溫濕度和風偏等不同傳感器數據融合接入。

  對于新技術,南方電網公司一直熱情擁抱,并努力與社會創新資源積極對接。人工智能如此,5G也如此。目前所知,5G技術具備速度快、大帶寬、低延時等特性,可應用于視頻巡檢及監控業務,實現作業現場超高清視頻地回傳和實時視頻巡檢。還是深圳供電局,在500千伏深圳變電站,員工在手提電腦上輕輕一點,站內巡檢機器人便可瞬間自如開動。擔任信號傳輸的正是5G網絡。這也是全網首例基于5G移動網絡的變電站巡檢機器人端對端應用(即操控平臺至機器人終端)。

  南方電網公司未來將重點探討融合5G的未來電網到底是怎樣的,比如開展基于5G通訊的數據通信技術,為電力系統實現人工智能和高度自動化提供支撐數據源;融合5G的智能電網通信管理支撐平臺的建設等。新技術如何更好地與現有的工作場景融合,過程中又會出現怎樣的挑戰,這都是全新的課題。它需要科研人員基于現實的需要,富有創造性地將工作與新技術進行融合嘗試。

  比如貴州電網電力科學研究院材料技術中心金屬激光3D打印中心,就運用一體化成型技術,打印制造出全國首個3D打印的不銹鋼薄壁連接件。事實上,3D打印作為一項前沿的先進制造技術,一直處于模型制造和展示階段,貴州電網公司技術專家張仁奇卻帶隊開展“電網非標金具工器具激光3D打印技術研究與應用”研究,最終經過接近兩年的潛心攻關,掌握了金屬激光3D打印一體成型技術。此技術可以廣泛運用于220千伏以上輸電線路的特殊連接金具中,降低架空輸電線路接續部位發熱程度,提高輸電線路的壓接安全可靠性。

  目前南方電網公司明確提出建設“數字南網”,將數字化作為公司發展戰略路徑之一。其中人工智能、大數據等新技術如何為這一戰略賦能,既是挑戰也是機遇。廣東電網公司從無人機巡線到現在研發的“輸電設備缺陷圖像識別系統”正式上線,人工智能正深刻改變著電網員工工作的方式。未來,這種改變將會更多,也更需要科研人員積極主動地做好這一技術儲備。

  八仙過海,應對挑戰有十八般武藝

  “前沿技術”并不是全部解決前沿問題的,它還有可能是對老問題提出了新的、更優的解決辦法。比如南網科研院南網科創中心研究員劉志學的論文名《新型無母線電器主接線方案及布置圖》,獲得第十六屆南網國際技術論壇一等獎優秀論文第一名。這篇論文在降低成本的情況下解決了傳統技術的重大共性難題,它是國內外近幾十年來電氣主接線領域的顛覆性創新技術。簡單來說,他用基于3-正則圖的完全去中心化的電氣主接線方案,以及易于改擴建的布置方案,解決了傳統電氣接線在“多重故障跳閘”“停電檢修、故障跳閘”等復雜情況下的可靠性難題。

  波浪能的研發也是如此,深海島礁現在已有光伏等發電模式,但是與柴油機發電、太陽能發電、風能發電等主流海島島礁發電設備相比較,波浪能發電具有無需燃料、不占用珍貴島礁用地、對軍事設施干擾少、具有較強抗臺風能力等優勢,因而成為國際海洋能開發利用的主流。

  南方電網公司2018年正式立項啟動含波浪能發電系統的海島微網關鍵技術研究及示范應用這一項目,8月31日通過400伏電纜并入永興島電網試運行,10月11日改為10千伏電纜并網試運行。從試運行期間“先導一號”的最高日發電量、日均發電量數據以及抗臺風能力看,波浪能發電裝置已具備為深海島礁供電的技術能力,但因技術尚處于發展成熟期,還需在單機規模、深海運行適應性、運行維護技術等方面進一步提升。

  于是,南方電網公司創新管理部組織海南電網進一步策劃了公司重點科技項目“波浪能發電裝置在深海島礁的深化研究及應用”,擬將國家海洋局項目研制的2臺500千瓦的波浪能發電裝置,在完成近海測試后,轉場至三沙永興島開展在深海島礁工程應用的深化研究。目前,項目已完成可行性論證與立項,預備實施。

  近年來,在國家的大力扶持下,我國波浪能技術研發取得長足進步,單機容量規模已突破100千瓦級,正朝兆瓦級邁進,技術成熟度上已處于從實驗室驗證到工程實踐示范的技術跨越階段。

  南方電網公司將啟動國家重點研發計劃項目“兆瓦級高效高可靠波浪能發電裝置關鍵技術研究及南海島礁示范驗證”研發,開展的正是兆瓦級高效高可靠波浪能發電裝置關鍵技術研究,可以實現在南海島礁長期并網供電。

  新問題需要新辦法,老問題也需要結合新技術,有新的應對之策。世界是發展變化的,技術也如此。只要保持著對現實需要的敏感,開放應對,南方電網公司創新之路將越走越好。

  南網傳媒全媒體記者 劉杰 通訊員 周慧 李梓 楊晶晶 周潺

  ■技術前瞻

云南電網公司氫能技術研究取得突破

將為云南省綠色能源戰略提供重要支撐

  云南電網公司申報的“氫儲能促進可再生能源消納、利用及裝備技術研究與示范”項目獲得云南省重大科技立項。該項目是云南電網公司首次作為牽頭單位主持的省級重大科技專項,也是該公司歷年來主持的單體經費最大的省級重大專項。

  云南電網公司電力科學研究院自2015年開始研究氫能技術,制定了《云南省2030綠色氫能發展規劃及行動方案》,建立了體系完整的制氫—儲氫—用氫實驗室,在研究過程中取得了高效制氫、安全儲氫和氫能標準體系等系列技術的重大突破。該項目圍繞云南綠色能源戰略,利用氫能存儲和綜合利用技術路線,開展中型規模的水電消納和氫能利用工程示范,是在云南電網公司電力科學研究院前期“小試”基礎上進行的放大“中試”示范工程,配以有機液體氫加注站、有機液體氫燃料客車和HCNG燃燒等氫能技術研究。項目完成后,將為云南大規模開展有機液體氫儲能工程應用、HCNG燃燒和有機液體燃料電池客車等綜合氫能利用奠定堅實的技術基礎,為云南省富余可再生能源轉化和水電消納、氫能利用技術經濟性評估和打造氫能產業鏈提供重要支撐,助推云南省打好“綠色能源牌”發展戰略。(張新 劉榮海 歐陽婷婷)

調峰調頻公司量子保密通信科技項目通過中期評審

  今年7月,調峰調頻信通公司組織召開了“基于量子密鑰的保密通信技術在蓄能水電廠的應用研究”項目中期評審會。南網總調通信處、中山大學量子信息專業等相關專家教授參加評審會議。

  該項目是結合南方電網電力通信網實際應用場景,首次開展的量子保密通信組網架構、量子密鑰存儲技術、量子密鑰自動更新技術等多項基礎理論及關鍵技術研究,填補了南方電網量子保密通信技術應用研究的空白。項目通過開通南方電網第一條量子保密通道進行測試,驗證了量子保密通信技術在電力通信網應用的可行性,現階段取得了研究成果包括4份研究報告、4個專利、3篇論文。后續項目組將繼續進行業務融合研究及測試,優化量子加密解決方案,使項目研究成果更具有推廣和應用價值,為未來南方電網規范、有序、契合的量子密碼技術應用探路。(葉萌 黃觀金)

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