持续推动水电和新能源运行管理技术发展

2021/5/10 11:15:53    新闻来源：中国水力发电工程学会

——记水电和新能源专委会及技术发展

裴哲义¹，黄春雷²，赫卫国³，魏彩云²

(1. 电力调度控制中心，北京 100031；2.南瑞集团有限公司，江苏 南京 211106；3.中国电力科学研究院有限公司南京院区，南京 210003）

水能、风能、太阳能等可再生能源作为全球能源的重要发展方向，在保障能源供应可持续发展、推进生态文明建设等方面发挥了重要的支撑作用。作为推动我国水电与新能源运行管理技术发展重要的社会团体之一—中国水力发电工程学会水电与新能源运行管理专业委员会，是2019年由“水电站运行管理专业委员会”更名而来，早于1981年11月在杭州成立，为我国的水电与新能源运行管理与技术的发展发挥了重要的作用。

一、依托行业发展，推进社团成长

1981年，我国水电装机约为2000万千瓦，约占全国电力总装机的30%，发电量占20%，新能源装机几乎为0。届时广大科技工作人员和工人开展了水电站水库经济调度，处理机电设备缺陷，革新和改造设备，采用新技术，使过去水电站水库长期低水位运行的局面迅速得到扭转，耗水量有所下降，取得了显著的成绩。与此同时，水电站运行管理工作还存在着水库来水预报手段和观测仪器落后、观测资料整理分析不及时、大坝维修加固工作跟不上等问题。

踏着历史的年轮走到今天，我国水电与新能源取得了历史性的发展成就，截至2020年8月底，全国水电装机3.6亿千瓦，比1981年增长了18倍，其中，常规水电3.3亿千瓦；风电装机2.2亿千瓦，太阳能发电装机2.2亿千瓦，均居世界位，并且以自动化、信息化、智能化为特征的水电与新能源运行管理手段得到了广泛应用，全国所有中大型水电站已基本全部建成集流域雨水情、电站工情等信息自动采集，数据处理、整编、分析实现了自动化与在线可视化分析，流域梯级水电和区域新能源也基本实现集中管控，大幅提高了对水电与新能源运行管理水平。

从这些方面来看，我国的水电与新能源发展已经走在了世界前列，水电、风电、光伏产业的制造能力已经位居世界首位，正在从“制造大国”向“制造强国”迈进。相应地，水电站运行管理专委会从初成立的100家单位120多人组成，发展到今天由175家单位共189名成员组成。正是我国一代又一代的水电与新能源建设者和运行人员争当追梦人的目标，齐心协力，才奠定了我国水电的地位；正是当代新能源技术工作者全力应对新能源建设与运行面临的各种问题，攻坚克难，才得以助力我国新能源的快速发展。

二、适应行业进步，拓展服务空间

1981年至今，我国电力工业改革持续推进。1988年，决定撤销水利电力部成立能源部；1993年能源部被撤，重新建立了电力工业部，成立了五大区域电力集团；1997年电力公司成立；2002年新一轮电力体制改革后，成立了两大电网公司（电网、南方电网）和五大发电集团，并实行网厂分家。不论机构怎么变革，不变的是水电站运行管理专委会人的初心，在广大委员单位的大力支持下，专委会为行业做好服务工作未间断。

2015年3月，中央、国务院《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中央文件〔2015〕9号）后，在新一代电力体制改革中，水电与新能源的运行面临着市场、消纳等问题，并随着新能源技术水平的快速提高，光伏、风电的成本和价格快速下降，新能源发展已经进入大范围增量替代和区域性存量替代的发展阶段。新能源由于其具有随机性、间歇性特征，需要其他有调节电源配合运行，水电（常规水电、抽蓄）由于具有快速调节能力，是配合新能源运行的电源。水电与新能源在运行技术、业务管理、技术支持保障等方面密不可分。因此，水电站运行管理专委会于2019年将工作拓展至新能源，特向中国水力发电工程学会申请获批变更为“水电与新能源运行管理专委会”，将有利于发挥水电和新能源联合运行效益，提高可再生能源技术发展和消纳，促进我国新能源发展。

水电与新能源运行管理专委会作为联系电网公司、发电公司、发电厂站、设计院、高等院校、科研院所、设备厂商的重要社团组织，积极稳妥地服务水电的发展，全面协调推进风电的开发，推动太阳能的多元化利用，为提高我国可再生能源利用方面发挥了重要的作用。

三、搭建学术平台，助推技术进步

水电与新能源运行管理专委会依托各委员单位，持续跟踪与运行管理相关的技术发展，助推技术进步，并及时向同行介绍和分享当前的技术现状和存在的问题，提出解决方案与建议，为行业的可持续发展服务。

1.系统建设推动方面

1）水情自动测报系统

作为我国水电站运行管理的重要系统—水电厂水情自动测报系统，从20世纪80年代才开始起步，采用自主开发与引进并举措施，先后经历了开发研制（1980年-1990年）、快速发展（1990年-1996年）、稳步提高（1996年-2000年）和实用化（2000年-至今）4个发展阶段。经过多年的发展，目前大多数水电站均已建立了水情自动测报系统，成为水电站生产过程的一个重要系统，为水电厂的经济运行和安全度汛发挥了重要的作用。

2）电网水库调度自动化系统

水库调度自动化系统是水电站生产管理信息采集、传输、处理和辅助决策的重要系统，其研发起步于上世纪九十年代，也经历了研发（1995年-1997年）、快速发展（1998年-2000年）、规范发展和实用化（2000年-2002年）、联网运行（2003年-至今）4个阶段。目前，全国涉及水电的网省电力公司、中大型流域发电公司和水电厂均已建设了水调自动化系统，并且还在不断探索智能化和智慧化应用，对发挥水电经济效益、确保电网安全运行发挥重要的作用。

3）新能源监测与调度系统

我国新能源发电起步较晚，但发展较为迅速，并在“十二五”以后得到了大规模应用。作为当时电网新生事物，其大规模发展给电网安全、运行管理带来的较大的挑战。相应地，作为其运行管理的业务主管部门，水电与新能源运行管理专委会委员单位发挥了刻苦专研的精神，从新能源信息采集、并网发电、发电功率预测、消纳分析评估等角度，不断探索和完善相应的技术及规范，并逐步建成了新能源运行监测、发电功率预测、消纳分析评估等系统，全面支撑了我国新能源大规模和可持续发展。

2.技术进展跟踪方面

1)     水电技术

n   智能化与智慧化工作持续推进

智能化与智慧化工作目前已经成为各大水力发电企业实现自身数字化转型、落实“互联网+智慧能源”政策要求的重要内容。近几年，在智能水电厂相关和行业标准的指导下，国网新源公司、南网双调公司、雅砻江公司等正在开展智能水电厂的建设工作，大渡河公司开展了智慧企业的建设工作，电投集团、黄龙滩电厂、万安电厂等十多家企业正在开展智慧水电厂的规划及示范建设工作，在全厂智能感知、单元智能测控、智能作业装备、一体化管控平台以及智能告警、智能运检、主设备状态检修等智能应用方面开展了大量研发和工程试点工作。

n   自主安全可控技术取得积极成效

随着《中华人民共和国网络安全法》的颁布及2019年12月1日“网络安全等级保护2.0”核心标准正式实施，关系到国计民生的电力系统网络安全要求日趋严格。在自主安全可控技术方面的，关键元器件、CPU芯片、基础软件等方面已有可实施的国产替代方案，其中CPU等关键芯片及嵌入式操作系统、商用数据库等都已实现国产化，并有多个解决方案，成熟模件也在多个中小水电厂成功投运。

n   大数据融合应用技术蓬勃发展

当前，以云计算、大数据、物联网、人工智能为代表的新兴技术快速发展，并开始应用于不同产业领域，水电领域亦不例外，尤其是水电行业刚好处于从重工程建设向重运维管理的后水电时代转型窗口期，数据的获取、清洗、存储、管理、融合、可视化展示、应用分析等逐步得到广泛应用，在设备健康状态诊断、水库及电网运行规律分析、设备运行特性分析、流域水文规律分析、多元能源优化调控、多业务协同互动等方面，能够通过大数据应用技术解决传统业务的痛点，如智能告警、基于多维度大数据分析的水库调度和智能运检等。

n   水文预报和水电调度向实用化方向持续迈进

在水文预报方面，开展了基于数值天气预报，采用陆气耦合技术，构建气象水文一体化预报方案已延长水文预报预见期，以及基于遥测、遥感、卫星、雷达等多源时空信息，构建数据驱动的精细化水文预报方案，提升水文预报技术应用的泛化能力及自适应能力。在水电调度方面，通过深化考虑多通道送出约束、梯级电站间水力耦合约束的水电站群优化调度模型方法和应用研究，提升水电调度方案的可行度；开展调度仿真分析方法和应用研究，提升了对调度应用场景和突发状况适应能力；开展基于水电调节的清洁能源源互补调度相关技术研究和应用，提升电网对新能源接纳能力；开展了市场化背景下开展了水电安全校核、水电计划出清优化技术、水电动态消纳能力计算等研究，支撑了四川、甘肃等现货市场的实施。

2)     光伏技术

n   生产成本总体呈现下降趋势

在技术进步和市场需求的驱动下，我国光伏产品生产成本和光伏发电系统成本不断降低。2019年光伏发电系统初始全投资成本降至4.55元/W左右，同比下降7.5%,度电成本降至0.28-0.51元/kWh,随着组件、逆变器等关键设备的效率提升及制造成本下降，双面组件、跟踪支架应用的普及，运维能力的提高，预计2020年光伏发电系统初始全投资成本可下降至4.30元/W左右，度电成本有望下降至0.27-0.48元。虽然受疫情影响，光伏组件价格短期内上升，但总体上仍将会呈现下降趋势。

n   光伏有望继续成为新增装机量的新能源发电形式。

受政策调整影响，2019年全年新增装机容量艰难突破3,000万千瓦，同比下降32.0%,虽然新增幅度下降，但是在2020年补贴政策的推动下，光伏仍将有望成为新增装机量的可再生能源，估计全年新增光伏装机容量可达到3500万千瓦以上。

n   技术发展进一步提速

目前光伏发电即将脱离对补贴的依赖，光伏平价目标的巨大压力迫使光伏制造企业加速降低光伏度电成本，新技术的应用步伐不断加快，甚至将呈现超预期的发展态势。PERC电池技术仍将是电池市场的主导，但TOPCon电池产量将出现较大幅度增长；半片和9BB技术由于提效明显，市场占比将会快速提升。

n   光伏应用进一步多样化

近年来，我国光伏发电在应用场景上与不同行业相结合的跨界融合趋势愈发凸显，水光互补、农光互补、渔光互补等应用模式不断推广。光伏＋制氢、光伏+5G通信、光伏＋新能源汽车、光伏＋建筑等形式将成为光伏发展的重要方向

3)     风电技术

n   零部件技术进展迅速

双馈变流器与全功率变流器损耗不断降低、效率不断提升；风电叶片材料不断创新，高性能碳纤维材料应用，有效支撑大容量风电机组制造不断进步。

n   整机制造向大容量方向发展

欧美整机设计公司均进入到10MW级整机设计阶段，并开始探索研究20MW机型方案；中国已经掌握6MW级风电机组整机集成技术，部分厂家已经正式发布了8MW海上风电机组样机，多家企业已开展10MW级海上风电机组研发，首台10MW级海上风机已经并网。

n   智能运维与监控技术不断提高

国际电工委员会(IEC)制定了IEC61400-25标准。该标准定义了风电场监控系统平台的通信和信息交换模型；各整机厂商纷纷建立大数据中心并开展风电机组状态监控及故障预警研究；在风电智能监控、智能运维、故障诊断预警等数字化海上风电技术已开展深入研究。

n   海上风电发展迅速、

欧洲引领全球海上风电技术发展，单机容量持续做大，2019年，平均单机容量达到7.8MW，海上风电水深和离岸距离不断增加，欧洲在建海上风场平均水深23米，平均离岸距离59公里。浮式海上风电技术成为热点，2019年，多个浮式海上风电项目在建，中国在建海上风电装机容量已领跑全球。中国海上风电发展规划逐步明确，各地积极调整海上风电布局。

四、着眼未来发展，推进技术创新

我国水电与新能源的发展历程，面临着各种各样的问题需要解决，包括数据自动化采集处理与应用、水库群优化运行调度和节水增发电考核、新能源发电功率预测及消纳评估、系统设备及网络安全运行保障、水风光多能互补运行、新能源的高效转化和存储等一系列核心关键技术问题。这些都需要我们充分利用科技社团，水电与新能源运行管理专委会分别以此开展了相关的主题交流，制定了相应的标准及规范文件，竭力发挥科技创新的支撑引领作用，努力在关键共性技术、现代工程技术等方面推动取得新突破，促进水电和新能源事业可持续发展。

时至今日，大力构建清洁低碳安全高效现代能源体系、推进生态文明建设，筑牢生态安全屏障是新时代对水电与新能源运行提出了新的更高要求，需要水电与新能源运行管理社团组织推动水电与新能源科技繁荣发展，共同为建设世界科技强国和美丽中国做出新的更大的贡献。