“智能電網技術與裝備”重點專項2017年度項目申報指南建議

為落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》,以及國務院《能源發展戰略行動計劃(2014—2020年)》、《中國制造2025》和《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》等提出的任務,國家重點研發計劃啟動實施“智能電網技術與裝備”重點專項。根據本重點專項實施方案的部署,現提出2017年度項目申報指南建議。

本重點專項總體目標是:持續推動智能電網技術創新、支撐能源結構清潔化轉型和能源消費革命。從基礎研究、重大共性關鍵技術研究到典型應用示范全鏈條布局,實現智能電網關鍵裝備國產化。到2020年,實現我國在智能電網技術領域整體處于國際引領地位。

本重點專項按照大規模可再生能源并網消納、大電網柔性互聯、多元用戶供需互動用電、多能源互補的分布式供能與微網、智能電網基礎支撐技術5個創新鏈(技術方向),共部署23個重點研究任務。專項實施周期為5年(2016-2020)。

1.大規模可再生能源并網消納

1.1可再生能源發電基地直流外送系統的穩定控制技術(基礎研究類)

研究內容:針對我國弱同步電網中可再生能源發電基地直流外送系統的穩定運行需求,研究系統的動態特性和穩定控制方法,具體包括:可再生能源發電與直流輸電的交互影響機理及其機電/電磁動態分析與仿真技術;可再生能源發電基地動態特性分析方法;多可再生能源發電基地間的相互作用關系及相關電網動態特性分析方法;基于可再生能源發電、直流輸電或專用裝備的次/超同步振蕩分析及抑制方法;計及可再生能源波動、交流系統故障和直流閉鎖等因素的可再生能源發電基地穩定控制技術。

考核指標:提出弱同步電網中可再生能源發電基地直流外送系統的穩定控制理論與方法,建立5MW級含風/光發電、直流輸電和常規電源的動態模擬平臺,驗證短路比<2條件下相關抑制方法的有效性。

1.2常規/供熱機組調節能力提升與電熱綜合協調調度技術(應用示范類)

研究內容:面向我國北方地區由于火電機組調節能力不足導致棄風/棄光嚴重的現狀,研究火電機組的調節能力提升技術,并通過機組間協同控制實現電力系統可再生能源消納能力的有效提升。具體包括:常規/供熱工況下火電機組調峰能力提升與最小技術出力降低技術;保障熱負荷需求時提高熱電聯產機組電出力調節靈活性的蒸汽系統流程結構改造技術;基于熱力系統和電力系統耦合特性,提升電力系統運行靈活性的熱電機組的整體改造規劃(選型、容量配置及布局)、設計和運行控制技術;綜合考慮可再生能源消納和集中供熱系統運行需求的常規機組、熱電聯產機組及供熱鍋爐的互補協調調度技術;開展工程示范。

考核指標:開發火電機組的調節能力提升及電熱耦合系統能量管理技術,提出熱力系統和電力系統的整體耦合模型,實現熱電機組改造方案的最優規劃設計以及常規機組、熱電機組及供熱鍋爐的互補協調調度和優化控制。在含熱電聯產機組和其他熱源的電網/熱網耦合系統中開展示范,熱電聯產機組在純凝工況和熱電聯產工況下分別增加15%和20%額定容量以上的調峰能力。

1.3多能源電力系統互補協調調度與控制(應用示范類)

研究內容:研究含風光水氣火儲等多種電源形式的多能源電力系統協調調度控制技術,實現電力系統運行靈活性和可再生能源消納能力的有效提升。具體包括:多種異質能源資源的同質化耦合建模與分析技術;多能源系統中的不同類型電源的互補特性分析方法及利用其互補特性提高系統靈活可控能力的技術;多能源電力系統的規劃和設計方法(選型、容量配置及多點布局);多能源電力系統的優化運行策略;開展工程示范。

考核指標:建立多種能源資源的耦合模型,提出其特性分析、互補運行和協調調度方法,實現多種能源電源的優化選型、配置以及互補協調調度和控制;示范工程內參與互補協調調度的電源類型不少于4種,非水可再生能源發電裝機比例不低于30%,通過互補協調調度提升可再生能源發電量消納能力5%以上。

2.大電網柔性互聯

2.1超導直流限流器的關鍵技術研究(共性關鍵技術類)

研究內容:研究超導直流限流器的關鍵技術,完成樣機研制并通過試驗驗證。具體包括:超導直流限流器的原理與系統結構設計、高溫超導帶材的電磁特性及抗沖擊穩定性、限流單元的設計與制造關鍵技術;低漏熱高壓電流引線技術、低溫高電壓絕緣技術;超導直流限流器的低溫與制冷系統設計與系統集成;超導直流限流器與直流斷路器的匹配協調運行方式、超導直流限流器運行維護技術體系與試驗規范。

考核指標:掌握超導直流限流器的關鍵技術,研制出超導直流限流器樣機,樣機的額定電壓不低于160kV、額定電流不低于1kA、故障響應時間小于1ms、短路電流抑制率大于35%,并通過試驗驗證。

2.2500kV高壓直流斷路器關鍵技術研究與示范(共性關鍵技術類)

研究內容:研究500kV高壓直流斷路器關鍵技術。具體包括:500kV直流斷路器在直流系統的應用特性及智能自分斷技術;具備雙向電流分斷、快速重合等功能的直流斷路器主電路拓撲設計及控制保護策略;20kA及以上關斷能力的規模化半導體組件關鍵技術;500kV多斷口串聯的超高速機械開關毫秒級分斷關鍵技術;500kV直流斷路器工程成套集成設計及全工況等效試驗技術。

考核指標:形成滿足柔性直流系統應用的500kV高壓直流斷路器電氣、結構、控制保護等成套的設計規范;研制具備雙向電流分斷、帶快速重合閘功能的直流斷路器樣機一臺(額定電壓500kV、額定電流3kA、分斷時間不超過3ms、分斷電流不低于20kA);完成500kV高壓直流斷路器的型式試驗或工程應用驗證。

2.3環保型管道輸電關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容:為提高大容量遠距離輸電能力和系統效率,研究環保型管道輸電關鍵技術,具體包括:新型環保絕緣氣體介質分子的設計與合成制備技術、理化特性與環保性能評估;新型環保絕緣氣體介質放電的物性參數、工程用絕緣特性、滅弧性能;環保型管道輸電用支撐絕緣子結構設計、批量化制造與工程試驗技術;高性能環氧樹脂復合材料在新型環保絕緣氣體中的相容性及其調控技術,環保型絕緣氣體中氣固組合絕緣的性能評價;1000kV環保型管道輸電系統的設計制造技術;管道絕緣系統老化機理及運維監測技術。

考核指標:新氣體的全球變暖系數(GWP)低于SF6的10%,相同壓力下絕緣性能和SF6相當、液化溫度不高于SF6。研制1000kV交流輸電管道用高性能環氧絕緣件和長度不小于15m的環保型輸電管道樣機,其操作沖擊耐受電壓≥1800kV,雷電沖擊耐受電壓≥2400kV,局部放電小于5pC,通過型式試驗。

2.4大電網智能調度與安全預警關鍵技術研究及應用(共性關鍵技術類)

研究內容:針對大型交直流混聯電網的一體化調度運行,研究大電網智能調度與安全預警關鍵技術,建設基于云計算理念的物理分布、邏輯統一的智能調控平臺。具體包括:廣域分布式調控系統實時透明訪問技術;按需服務的電網模型構建技術,廣域數據分布式一體化處理技術;源荷雙側不確定性的優化運行和控制技術;大電網安全風險前瞻預警技術,電網安全三道防線和系統保護協同技術;完成大型交直流混聯電網的一體化調度運行平臺開發和應用。

考核指標:研發具有高可擴展、高性能的統一調控支撐平臺,支持跨地域的3個以上調控中心的實時分布式業務協同,電網實時分析預警規模10000節點以上(含10條以上直流輸電線路)。電網負荷峰谷差降低5%,新能源消納能力提高2%。完成省級及以上電網調度中心示范應用。

2.5特高壓設備安全運行與狀態評估方法(基礎研究類)

研究內容:面向運行中特高壓設備(變壓器(含換流變壓器)、電抗器、GIS)安全運行的科學問題,研究大尺寸、高場強條件下設備內部的電磁、介電特性以及設備外部的電磁暫態、絕緣的基礎問題,具體包括:設備內部油紙組合、氣固界面的多物理場(電、磁、熱、流體)耦合及建模的理論與方法;油紙組合絕緣在交直流復合電壓下絕緣性能的動態演化過程及規律;長期服役條件下油紙組合絕緣設備的老化特性及壽命預測方法;設備及其組成系統的電磁暫態過電壓產生機理、寬頻傳播模型及在線監測方法;設備外絕緣的放電機理及其風險評估模型。

考核指標:所研究的理論和方法用于指導特高壓設備的運行維護和制造,實現仿真模擬局部放電、沿面放電、繞組過熱三種典型故障的發生發展過程,狀態評估準確率≥90%。

3.多元用戶供需互動用電

3.1智能配電網微型同步相量測量應用技術(共性關鍵技術類)

研究內容:針對大規模分布式電源、電動汽車接入以及用戶與電網供需互動對配電網安全可靠運行提出的挑戰,研究配電網中可大規模部署的微型同步相量測量應用技術,具體內容包括:高精度微型同步相量測量裝置及其最優布點方案;基于該裝置的配電網故障診斷及精確定位方法;配電網運行狀態估計方法;分布式電源、柔性負荷、用電營銷等系統的相關信息集成機制、多維數據分析方法與協調控制技術;在含大規模分布式電源、電動汽車接入的配電網中開展示范驗證。

考核指標:微型同步相量測量裝置,電壓電流幅值測量相對誤差0.5%,頻率測量誤差小于0.005Hz,角度誤差小于0.05度;故障檢測準確率達99%以上;在含不低于30MW分布式電源的配電網中示范驗證。

3.2智能配電柔性多狀態開關技術、裝備及示范應用(應用示范類)

研究內容:為克服配電網中常規開關僅具備通和斷兩種狀態的不足,增強配電網運行控制的靈活性,滿足分布式電源消納、高供電可靠性等定制電力需求,研究智能配電交流電力電子柔性多狀態開關及應用技術。具體包括:智能配電交流電力電子柔性多狀態開關裝置;滿足配電網分布式電源消納、電能質量改善、運行優化與自愈控制技術要求的柔性多狀態開關調控技術;柔性多狀態開關系統接入模式及試驗測試技術;完成示范工程。

考核指標:智能配電柔性多狀態開關裝置為三端、電壓不低于10kV,容量不少于6MVA;運行在恒功率控制模式時,開關流過功率可控,誤差小于1%;運行在恒壓控制模式時,可實現重要負荷不間斷供電,電壓控制誤差小于1%。示范工程中饋線負載均衡度不低于85%。

3.3電網信息物理系統分析與控制的基礎理論與方法(基礎研究類)

研究內容:研究電網信息物理系統的分析與控制的理論及方法,具體包括:復雜電網信息系統與物理系統的交互機理和建模理論;市場環境下互動電網的多源異構信息物理系統穩態和動態運行特性;配電網安全可靠性分析和風險預警評估的物理信息系統;研究基于混合信息物理系統模型的有源配電網實時優化控制方法;對所提出的理論和方法完成仿真驗證。

考核指標:提出基于電網物理信息模型的高可靠性電網運行控制理論與方法。構建的電網信息物理系統綜合仿真模型,其中控制對象不少于4000個,涵蓋風電、光伏發電、水電和儲能等多種能源形式,仿真計算能力支持15000個以上配電網網絡節點。

4.多能源互補的分布式供能與微網

4.1交直流混合的分布式可再生能源技術(共性關鍵技術類)

研究內容:開展交直流混合的分布式可再生能源發電的關鍵技術研究和裝備研發,并完成示范驗證。具體包括:多種分布式可再生能源交直流混合的系統結構與動態分析;交直流混合的分布式可再生能源互補優化配置及綜合能效評估方法;適用于分布式可再生能源交直流互聯的多功能電力電子變壓器、故障電流控制器等關鍵設備;多種分布式可再生能源互補優化運行控制技術。

考核指標:多功能電力電子變壓器至少包括10kV交流、380V交流和±375V直流等端口,端口具備雙向功率控制能力,系統效率大于95%、諧波率小于3%;故障電流控制器的功率大于1MW。應用于包含風力發電、光伏發電、太陽能熱發電及熱利用、儲電、儲熱等多類型分布式可再生能源互補系統,系統總容量3MW以上,直流負荷占比大于30%、可再生能源占比達60%以上。

4.2多能互補集成優化的分布式能源系統示范(應用示范類)

研究內容:研究具備多能互補、冷熱電聯供、高效調控、可實現重要負荷獨立供電等特征的智能型分布式能源系統關鍵技術,并實現工程示范。具體包括:清潔能源與可再生能源互補的分布式能源供能系統協同優化與設計技術;清潔能源與可再生能源互補發電及重要負荷獨立供電技術;分布式能源系統的智能分層調控技術;分布式能源系統綜合能效評估技術,并建成多能互補集成優化的分布式能源系統示范工程。

考核指標:示范工程中可再生能源發電容量不小于10MW,冷熱電聯供系統容量不小于2MW;系統與外部電網并網運行時,聯絡線功率調節誤差不大于5%;系統具備獨立運行能力,獨立運行時可保持不小于5MW重要負荷供電1小時;系統能源綜合利用效率達到75%以上。

5.智能電網基礎支撐技術

5.110MW級液流電池儲能技術(共性關鍵技術類)

研究內容:研究適用于10MW/40MWh級系統的液流電池儲能技術。具體包括:高性能離子傳導膜材料、雙極板材料、電解質溶液的材料制備技術;30kW以上高功率密度單體電堆的結構設計與集成技術;250kW級高能量效率液流電池儲能模塊及10MW級以上液流電池系統的成組設計、集成與智能控制技術。

考核指標:儲能系統輸入和輸出功率≥10MW,系統容量≥40MWh;單體電堆額定輸出功率在≥30kW,在140mA/cm2恒流充放電條件下,電堆的能量轉換效率≥80%;電池儲能系統模塊研制額定功率不低于250kW的;系統AC-AC額定效率≥68%(包括系統全部內耗),完成10MW/40MWh級全釩液流電池系統的集成與驗證示范。

5.210MW級先進壓縮空氣儲能技術(共性關鍵技術類)

研究內容:研究適用于10MW/100MWh級系統的壓縮空氣儲能技術。具體包括:大規模先進壓縮空氣儲能系統設計技術;高負荷多級離心壓縮機和多級組合式透平膨脹機;高效緊湊式超臨界空氣蓄冷(熱)/換熱器;壓縮空氣儲能系統集成與控制技術等。

考核指標:儲能系統輸入和輸出功率≥10MW,系統容量≥100MWh,系統AC-AC額定效率≥60%(輸入軸功/輸出軸功效率≥65%),變工況運行范圍≥40%-110%,完成10MW/100MWh級儲能系統的集成與驗證示范。

5.3海水抽水蓄能電站前瞻技術研究(共性關鍵技術類)

研究內容:面向海水抽水蓄能電站規劃、設計、建設、運行需求,研究海水抽水蓄能電站共性關鍵技術。具體包括:沿海地區海水抽水蓄能資源評估及選址原則及技術分析;庫盆和輸水系統海水滲漏控制技術;海水抽水蓄能電站環境影響評估與生態修復;水工建筑物、輸水系統及金屬結構防腐、防海洋生物附著的技術及材料選型;防腐蝕、抗空蝕、防海洋生物條件下可變速海水抽水蓄能機組的關鍵技術;海水抽水蓄能與可再生能源聯合運行技術。

考核指標:完成10MW可變速海水抽水蓄能機組樣機,水泵水輪機發電、抽水時的效率均不低于93%。建立100MW級的海水抽水蓄能與可再生能源聯合運行仿真平臺,控制系統切換時間小于10ms。

5.4特高壓電氣設備用納米復合絕緣材料與應用關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容:研究高性能環氧樹脂復合絕緣材料配方體系、制備、設計與應用關鍵技術。具體包括:高性能環氧樹脂基材、納米無機填料及固化劑的配比技術,建立高性能復合絕緣材料用環氧樹脂配方體系;制備工藝對絕緣材料綜合性能的影響規律,以及高性能納米復合絕緣材料批量化制備技術;納米填充對環氧絕緣材料界面強場耐受特性的影響,環氧復合絕緣系統氣固界面優化設計技術;特高壓氣體絕緣開關設備用高性能絕緣成型件、特高壓換流閥飽和電抗器用高導熱環氧絕緣材料的設計、制造與試驗技術;高導熱環氧絕緣材料在特高壓換流閥飽和電抗器中的應用技術,以及高性能環氧絕緣件缺陷診斷與運維技術。

考核指標:新型納米復合絕緣材料的玻璃化轉變溫度≥130℃,拉伸強度≥80MPa,彎曲強度≥130MPa;特高壓氣體絕緣開關設備用高性能絕緣成型件擊穿強度≥30kV/mm,特高壓開關設備中絕緣件的額定雷電沖擊水平提高10%;高導熱環氧絕緣材料導熱系數大于1.5W/(m?K),并應用于特高壓換流閥飽和電抗器。

5.5大功率電力電子裝備用中高頻磁性元件關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容:研究大功率電力電子裝備用中頻超薄硅鋼與高頻低損納米晶材料的制備與應用技術。具體包括:中頻超薄硅鋼晶粒組織控制理論,軋制工藝及高溫退火再結晶技術,表面處理工藝及帶材制備技術;高頻低損納米晶合金成分設計,性能調控機理、調控技術及帶材制備技術;大容量高頻變壓器的鐵心卷繞、結構設計及熱處理等制備技術;大功率電力電子裝備用軟磁材料多工況綜合磁特性及鐵心測試方法與技術;超薄硅鋼鐵心陽極飽和電抗器與納米晶鐵心高頻變壓器研制及應用驗證。

考核指標:中頻超薄硅鋼帶材,厚度≤0.1mm,P1.5T/400Hz≤11.5W/kg,B800≥1.80T,運用制備的超薄硅鋼帶材研制鐵心及6250A陽極飽和電抗器樣機,通過型式試驗。高頻納米晶帶材,Bs≥1.30T,P0.5T/10kHz≤3.2W/kg,P1.0T/10kHz≤15W/kg,運用制備的納米晶帶材研制高頻變壓器,最高頻率不低于10kHz、容量不小于200kVA、效率不低于98%,通過型式試驗。

原標題:關于對國家重點研發計劃高新領域重點專項2017年度項目申報指南建議征求意見的通知

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責任編輯:李忠明
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