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碳达峰碳中和目标下 应加快电力计量多线技术布局

时间:2021-11-24        阅读:loading...
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       电力计量贯穿电力发、输、配、用各个环节,涵盖计量标准及量传溯源体系、计量器具及质量监督体系、计量技术监督体系、用电信息采集及密管系统、低压用电管理等多项内容。建立科学、有效的电力计量体系是确保量值准确的法制化管理要求,计量不准确将严重影响电力市场稳定与公平公正。

碳达峰、碳中和目标提出后,我国能源结构将由以化石能源为主转向以清洁能源为主。电力计量将为评价清洁能源配置优劣、衡量全社会节能提效水平、评估新设备新技术的应用效果等提供准确可靠的量值数据。当前,碳达峰、碳中和目标下,电力计量面临一系列新问题、新需求、新任务。

新形势下,电力计量面临多重挑战

实现碳达峰、碳中和目标,电力计量面临电力系统“双高”“双峰”特征凸显、能效计量供给不足、电碳市场融合有限等挑战。

● “双高”“双峰”特征凸显,电力计量亟须升级

近年来,新能源、微电网、互动式设备大量接入电网,用电需求特别是居民用电需求快速增长,电力系统“双高”“双峰”特征进一步凸显。这一变化对电力计量产生巨大影响。

一是高比例新能源、电力电子设备广泛接入电力系统,产生了大量谐波和短时暂态现象,超出采样范围,会影响计量装置正常运行。二是电网潮流更加复杂,用户多元互动更加频繁,需要增加边缘计算能力,对计量采集产生云边协同需求。三是包括传统直流电能、动态量和传感量在内的量值不断涌现出新类型、新形态,而相应的法律法规、标准装置、校验系统缺失,影响电力系统新特征下电学量值准确、统一。传统计量体系呈现“水土不服”现象,可能导致计量结果不准确、不同步。

● 能效计量供给不足,形成节能减排堵点

推进碳达峰、碳中和,电力系统源、网、荷均要提升能效水平。能效计量是电力计量的重要业务方向,从近几年国家市场监督管理总局委托国网计量中心(国家高电压计量站)监督抽查的情况来看,变压损耗测量的检测合格率相对偏低,高压电机能效问题也长期存在。另外,逆变器、储能系统等关键能量转换设备未纳入能效计量体系中,运行效率无法被有效监测。电网企业可帮助用电企业节能提效,破解能效水平低、在线监测难等痛点。

● 电-碳市场融合较为有限

电网连接电力生产和消费,是能源转型的中心环节,是电力系统碳减排的核心枢纽。碳计量与电力计量、碳排放市场与电力市场,在发电侧、电网侧、用电侧存在等效关联关系。

目前,我国碳排放核算参照《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019年修订》、生态环境部《企业温室气体排放报告核查指南(试行)》,涉及工业过程和产品使用的多个行业,依靠自上而下的测算和监测方法,清单估算、活动数据与排放因子存在不确定性,给碳计量的准确稳定可靠带来挑战。特别是清洁能源、新型负荷大规模接入,电能替代、终端能效等一系列降低碳排放措施的碳排放量值无法精确核算,难以满足发电、电网与用电企业在电力市场、碳排放市场的公平公正交易需求。

提升电力计量对“双高”“双峰”特征的适配性

计量装置求“新”。当前以电能表、互感器为代表的电力计量装置面临新的技术问题,主要表现为“双高”干扰电力计量装置正常运行,“双峰”超出电力计量装置量程范围。

建议通过推广配网直流电能表与抗直流偏磁电流互感器,提升直流供电或含直流分量计量准确性;研发宽量程互感器,解决电网夏、冬季负荷高峰,农网负荷季节性强导致的计量量程不足问题。此外还需推动基于量子电压的计量标准和溯源技术、动态及新型量值测量技术、电磁测量、铁磁材料、模拟前端、电能计量芯片等基础研究,确保计量设备稳定、准确、抗扰;研究电力计量产品检测技术,提高计量产品应对极端条件的能力,提升产品可靠性;按照长使用寿命要求,采用环境友好型材料、易回收易降解结构,设计电能表与采集终端,缩小互感器尺寸,减少材料使用。

采集技术求“智”。电网作为枢纽,其能源流动将更加多向化,网荷互动将更加多元化,对用电采集智能化水平提出了更高要求。建议积极推广应用能源控制器、智能物联电能表与智能传感器等装置,引导需求侧资源自主匹配供给侧资源,实现电力供需智能互动,增强系统对不断发展的新能源的接纳能力;利用新一代用电信息采集系统上线等契机,创新应用先进传感技术,完善边缘通信网络;提升信息感知、边缘计算、云边协同能力,广泛接入智能感知设备、能效装置、配电设备、分布式电源、充电桩及多种能源表计。

暂态测量求“准”。国家发展改革委、国家能源局出台《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》,要求推进多能互补,提升可再生能源消纳水平。随着不稳定能源的广泛接入,电力电子设备增加,微电网与主网交互动作频繁,产生大量谐波、冲击。需要建立谐波、冲击条件下的计量标准体系,研究溯源方法、标准装置和校准方法;进一步提高计量标准装置准确度,拓展电压/电流标准器工作范围;紧抓碳达峰、碳中和机遇,推动计量体系数字化转型;完善计量法律法规,提高谐波、冲击条件下的计量准确度约束。

加强能效计量在供电能效服务方面的创新

目前,在电力生产、输送与消费过程中,量化测量与监控手段不足,碳核算与碳足迹标准的一致性、透明度和可信度还需提升。建议在发电侧构建精准的关口计量点在线监测体系、发电机能效在线监测体系;在电网侧构建各类设备的能效碳核算模型,将电网规划、建设、运维纳入电碳核算范围,强化电力系统节能管理;在用电侧一方面用好电力作为标定生产能力的精确折算工具,间接反映其他能源,另一方面复用用电信息采集通道实现碳排放监测,构建全面准确的电碳核算体系。

国网计量中心是国家电网公司计量科研机构,挂牌国家能源计量中心(电力)与国家高电压计量站,按照国家市场监督管理总局的要求,开展了高压电机、配电变压器能效检测,填补了电力装备的能效计量空白。应在此基础上扩展分布式电源、充电桩、储能设备、能源站等能效计量方向,完善能效计量技术标准,研制新一代能效计量检测平台;研制和推广小型化、移动式现场能效检测装置,构建工业用户能效计量评价体系;借助能效计量服务促进企业节能提效、低碳转型。

客户侧综合能源能效服务是能源消费侧助力实现碳达峰、碳中和目标的举措之一。建议开展客户侧感知能力建设,助力能源消费电气化、能源利用高效化。从2017年开始,国家电网公司开展非介入式负荷辨识技术研究,拓展计量数据维度,深化能效数据应用范围,智能感知用户的用能情况,辨识用户生产过程。下一步应聚焦工业、建筑、交通、农业与居民用户,形成用户能效优化、用电结构识别、环保排放电力监测、电能替代分析等场景,为政府与企业推送个性化能效建议;依托能源控制器和新一代用电信息采集系统,研制碳计量监测传感终端,实现碳排放在线监测。

确保计量在电力生产消费过程中的准确性

一是碳计量体系化。确保与电力相关的碳排放计量准确稳定可靠,是衡量电力系统节能减排成效的前提。国网计量中心已经开展与电力系统相关的非电参量量传工作,解决了与电力系统密切相关的传感参量准确度难题。

建议构建碳计量体系,在量传体系层面,将工业传感器纳入体系,保证光电热、流量、位移等传感器的准确性,以电力参量为标定,修正生产数据、排放因子等参数;在标准装置层面,加快各类标准传感器的研制,形成比对实验环境,推进全国层面的远程校准和实时数据采集。

二是在线监测跨域化。在能源供应和消费体系两端,要实现碳排放计量装置的精准监测,获取水、电、气、热、煤、油与生产的融合数据,目前还存在巨大挑战。其深层次原因在于多能源、多行业的能源等值体系复杂,不同计量装置的准确度和分辨率差异较大,以及碳排放量的活动数据、换算公式和计算因子存在不确定性。国网计量中心已开展智能电表运行误差、关口互感器运行误差在线监测的技术探索,下一步将把计量性能在线监测拓展至碳排放误差检测方向,推出气体排放、能效计量的在线监测与误差分析。



来源:国家电网报


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