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          碳達峰碳中和目標下,應加快電力計量多線技術布局

          來源:威勝集團 作者:admin 發布時間:2021/7/27 9:30:00

          電力計量貫穿電力發、輸、配、用各個環節,涵蓋計量標準及量傳溯源體系、計量器具及質量監督體系、計量技術監督體系、用電信息采集及密管系統、低壓用電管理等多項內容。建立科學、有效的電力計量體系是確保量值準確的法制化管理要求,計量不準確將嚴重影響電力市場穩定與公平公正。
            碳達峰、碳中和目標提出后,我國能源結構將由以化石能源為主轉向以清潔能源為主。電力計量將為評價清潔能源配置優劣、衡量全社會節能提效水平、評估新設備新技術的應用效果等提供準確可靠的量值數據。當前,碳達峰、碳中和目標下,電力計量面臨一系列新問題、新需求、新任務。
            新形勢下,電力計量面臨多重挑戰
            實現碳達峰、碳中和目標,電力計量面臨電力系統“雙高”“雙峰”特征凸顯、能效計量供給不足、電碳市場融合有限等挑戰。
            ● “雙高”“雙峰”特征凸顯,電力計量亟須升級
            近年來,新能源、微電網、互動式設備大量接入電網,用電需求特別是居民用電需求快速增長,電力系統“雙高”“雙峰”特征進一步凸顯。這一變化對電力計量產生巨大影響。
            一是高比例新能源、電力電子設備廣泛接入電力系統,產生了大量諧波和短時暫態現象,超出采樣范圍,會影響計量裝置正常運行。二是電網潮流更加復雜,用戶多元互動更加頻繁,需要增加邊緣計算能力,對計量采集產生云邊協同需求。三是包括傳統直流電能、動態量和傳感量在內的量值不斷涌現出新類型、新形態,而相應的法律法規、標準裝置、校驗系統缺失,影響電力系統新特征下電學量值準確、統一。傳統計量體系呈現“水土不服”現象,可能導致計量結果不準確、不同步。
            ● 能效計量供給不足,形成節能減排堵點
            推進碳達峰、碳中和,電力系統源、網、荷均要提升能效水平。能效計量是電力計量的重要業務方向,從近幾年國家市場監督管理總局委托國網計量中心(國家高電壓計量站)監督抽查的情況來看,變壓損耗測量的檢測合格率相對偏低,高壓電機能效問題也長期存在。另外,逆變器、儲能系統等關鍵能量轉換設備未納入能效計量體系中,運行效率無法被有效監測。電網企業可幫助用電企業節能提效,破解能效水平低、在線監測難等痛點。
            ● 電-碳市場融合較為有限
            電網連接電力生產和消費,是能源轉型的中心環節,是電力系統碳減排的核心樞紐。碳計量與電力計量、碳排放市場與電力市場,在發電側、電網側、用電側存在等效關聯關系。
            目前,我國碳排放核算參照《IPCC 2006年國家溫室氣體清單指南2019年修訂》、生態環境部《企業溫室氣體排放報告核查指南(試行)》,涉及工業過程和產品使用的多個行業,依靠自上而下的測算和監測方法,清單估算、活動數據與排放因子存在不確定性,給碳計量的準確穩定可靠帶來挑戰。特別是清潔能源、新型負荷大規模接入,電能替代、終端能效等一系列降低碳排放措施的碳排放量值無法精確核算,難以滿足發電、電網與用電企業在電力市場、碳排放市場的公平公正交易需求。
            提升電力計量對“雙高”“雙峰”特征的適配性
            計量裝置求“新”。當前以電能表、互感器為代表的電力計量裝置面臨新的技術問題,主要表現為“雙高”干擾電力計量裝置正常運行,“雙峰”超出電力計量裝置量程范圍。
            建議通過推廣配網直流電能表與抗直流偏磁電流互感器,提升直流供電或含直流分量計量準確性;研發寬量程互感器,解決電網夏、冬季負荷高峰,農網負荷季節性強導致的計量量程不足問題。此外還需推動基于量子電壓的計量標準和溯源技術、動態及新型量值測量技術、電磁測量、鐵磁材料、模擬前端、電能計量芯片等基礎研究,確保計量設備穩定、準確、抗擾;研究電力計量產品檢測技術,提高計量產品應對極端條件的能力,提升產品可靠性;按照長使用壽命要求,采用環境友好型材料、易回收易降解結構,設計電能表與采集終端,縮小互感器尺寸,減少材料使用。
            采集技術求“智”。電網作為樞紐,其能源流動將更加多向化,網荷互動將更加多元化,對用電采集智能化水平提出了更高要求。建議積極推廣應用能源控制器、智能物聯電能表與智能傳感器等裝置,引導需求側資源自主匹配供給側資源,實現電力供需智能互動,增強系統對不斷發展的新能源的接納能力;利用新一代用電信息采集系統上線等契機,創新應用先進傳感技術,完善邊緣通信網絡;提升信息感知、邊緣計算、云邊協同能力,廣泛接入智能感知設備、能效裝置、配電設備、分布式電源、充電樁及多種能源表計。
            暫態測量求“準”。國家發展改革委、國家能源局出臺《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》,要求推進多能互補,提升可再生能源消納水平。隨著不穩定能源的廣泛接入,電力電子設備增加,微電網與主網交互動作頻繁,產生大量諧波、沖擊。需要建立諧波、沖擊條件下的計量標準體系,研究溯源方法、標準裝置和校準方法;進一步提高計量標準裝置準確度,拓展電壓/電流標準器工作范圍;緊抓碳達峰、碳中和機遇,推動計量體系數字化轉型;完善計量法律法規,提高諧波、沖擊條件下的計量準確度約束。
            加強能效計量在供電能效服務方面的創新
            目前,在電力生產、輸送與消費過程中,量化測量與監控手段不足,碳核算與碳足跡標準的一致性、透明度和可信度還需提升。建議在發電側構建精準的關口計量點在線監測體系、發電機能效在線監測體系;在電網側構建各類設備的能效碳核算模型,將電網規劃、建設、運維納入電碳核算范圍,強化電力系統節能管理;在用電側一方面用好電力作為標定生產能力的精確折算工具,間接反映其他能源,另一方面復用用電信息采集通道實現碳排放監測,構建全面準確的電碳核算體系。
            國網計量中心是國家電網公司計量科研機構,掛牌國家能源計量中心(電力)與國家高電壓計量站,按照國家市場監督管理總局的要求,開展了高壓電機、配電變壓器能效檢測,填補了電力裝備的能效計量空白。應在此基礎上擴展分布式電源、充電樁、儲能設備、能源站等能效計量方向,完善能效計量技術標準,研制新一代能效計量檢測平臺;研制和推廣小型化、移動式現場能效檢測裝置,構建工業用戶能效計量評價體系;借助能效計量服務促進企業節能提效、低碳轉型。
            客戶側綜合能源能效服務是能源消費側助力實現碳達峰、碳中和目標的舉措之一。建議開展客戶側感知能力建設,助力能源消費電氣化、能源利用高效化。從2017年開始,國家電網公司開展非介入式負荷辨識技術研究,拓展計量數據維度,深化能效數據應用范圍,智能感知用戶的用能情況,辨識用戶生產過程。下一步應聚焦工業、建筑、交通、農業與居民用戶,形成用戶能效優化、用電結構識別、環保排放電力監測、電能替代分析等場景,為政府與企業推送個性化能效建議;依托能源控制器和新一代用電信息采集系統,研制碳計量監測傳感終端,實現碳排放在線監測。
            確保計量在電力生產消費過程中的準確性
            一是碳計量體系化。確保與電力相關的碳排放計量準確穩定可靠,是衡量電力系統節能減排成效的前提。國網計量中心已經開展與電力系統相關的非電參量量傳工作,解決了與電力系統密切相關的傳感參量準確度難題。
            建議構建碳計量體系,在量傳體系層面,將工業傳感器納入體系,保證光電熱、流量、位移等傳感器的準確性,以電力參量為標定,修正生產數據、排放因子等參數;在標準裝置層面,加快各類標準傳感器的研制,形成比對實驗環境,推進全國層面的遠程校準和實時數據采集。
            二是在線監測跨域化。在能源供應和消費體系兩端,要實現碳排放計量裝置的精準監測,獲取水、電、氣、熱、煤、油與生產的融合數據,目前還存在巨大挑戰。其深層次原因在于多能源、多行業的能源等值體系復雜,不同計量裝置的準確度和分辨率差異較大,以及碳排放量的活動數據、換算公式和計算因子存在不確定性。國網計量中心已開展智能電表運行誤差、關口互感器運行誤差在線監測的技術探索,下一步將把計量性能在線監測拓展至碳排放誤差檢測方向,推出氣體排放、能效計量的在線監測與誤差分析。

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