——記水電和新能源專委會及技術發展

裴哲義¹，黃春雷²，赫衛國³，魏彩雲²

(1.國家電力調度控製中心，北京100031；2.南瑞集團有限公司，江蘇南京211106；3.中國電力科學研究院有限公司南京院區，南京210003）

水能、風能、太陽能等可再生能源作為全球能源的重要發展方向，在保障能源供應可持續發展、推進生態文明建設等方麵發揮了重要的支撐作用。作為推動我國水電與新能源運行管理技術發展重要的社會團體之一—188BETApp 水電與新能源運行管理專業委員會，是2019年由“水電站運行管理專業委員會”更名而來，最早於1981年11月在杭州成立，為我國的水電與新能源運行管理與技術的發展發揮了重要的作用。

一、依托行業發展，推進社團成長

1981年，我國水電裝機約為2000萬千瓦，約占全國電力總裝機的30%，發電量占20%，新能源裝機幾乎為0。屆時廣大科技工作人員和工人開展了水電站水庫經濟調度，處理機電設備缺陷，革新和改造設備，采用新技術，使過去水電站水庫長期低水位運行的局麵迅速得到扭轉，耗水量有所下降，取得了顯著的成績。與此同時，水電站運行管理工作還存在著水庫來水預報手段和觀測儀器落後、觀測資料整理分析不及時、大壩維修加固工作跟不上等問題。

踏著曆史的年輪走到今天，我國水電與新能源取得了曆史性的發展成就，截至2020年8月底，全國水電裝機3.6億千瓦，比1981年增長了18倍，其中，常規水電3.3億千瓦；風電裝機2.2億千瓦，太陽能發電裝機2.2億千瓦，均居世界第一位，並且以自動化、信息化、智能化為特征的水電與新能源運行管理手段得到了廣泛應用，全國所有中大型水電站已基本全部建成集流域雨水情、電站工情等信息自動采集，數據處理、整編、分析實現了自動化與在線可視化分析，流域梯級水電和區域新能源也基本實現集中管控，大幅提高了對水電與新能源運行管理水平。

從這些方麵來看，我國的水電與新能源發展已經走在了世界最前列，水電、風電、光伏產業的製造能力已經位居世界首位，正在從“製造大國”向“製造強國”邁進。相應地，水電站運行管理專委會從最初成立的100家單位120多人組成，發展到今天由175家單位共189名成員組成。正是我國一代又一代的水電與新能源建設者和運行人員爭當追夢人的目標，齊心協力，才奠定了我國水電世界領先的地位；正是當代新能源技術工作者全力應對新能源建設與運行麵臨的各種問題，攻堅克難，才得以助力我國新能源的快速發展。

二、適應行業進步，拓展服務空間

1981年至今，我國電力工業改革持續推進。1988年，國家決定撤銷水利電力部成立能源部；1993年能源部被撤，重新建立了電力工業部，成立了五大區域電力集團；1997年國家電力公司成立；2002年新一輪電力體製改革後，成立了兩大電網公司（國家電網、南方電網）和五大發電集團，並實行網廠分家。不論機構怎麼變革，唯一不變的是水電站運行管理專委會人的初心，在廣大委員單位的大力支持下，專委會為行業做好服務工作未間斷。

2015年3月，中共中央、國務院《關於進一步深化電力體製改革的若幹意見》（中共中央文件〔2015〕9號）後，在新一代電力體製改革中，水電與新能源的運行麵臨著市場、消納等問題，並隨著新能源技術水平的快速提高，光伏、風電的成本和價格快速下降，新能源發展已經進入大範圍增量替代和區域性存量替代的發展階段。新能源由於其具有隨機性、間歇性特征，需要其他有調節電源配合運行，水電（常規水電、抽蓄）由於具有快速調節能力，是配合新能源運行的最佳電源。水電與新能源在運行技術、業務管理、技術支持保障等方麵密不可分。因此，水電站運行管理專委會於2019年將工作拓展至新能源，特向188BETApp 申請獲批變更為“水電與新能源運行管理專委會”，將有利於發揮水電和新能源聯合運行效益，提高國家可再生能源技術發展和消納，促進我國新能源發展。

水電與新能源運行管理專委會作為聯係電網公司、發電公司、發電廠站、設計院、高等院校、科研院所、設備廠商的重要社團組織，積極穩妥地服務水電的發展，全麵協調推進風電的開發，推動太陽能的多元化利用，為提高我國可再生能源利用方麵發揮了重要的作用。

三、搭建學術平台，助推技術進步

水電與新能源運行管理專委會依托各委員單位，持續跟蹤與運行管理相關的技術發展，助推技術進步，並及時向同行介紹和分享當前的技術現狀和存在的問題，提出解決方案與建議，為行業的可持續發展服務。

1.係統建設推動方麵

1）水情自動測報係統

作為我國水電站運行管理的重要係統—水電廠水情自動測報係統，從20世紀80年代才開始起步，采用自主開發與引進並舉措施，先後經曆了開發研製（1980年-1990年）、快速發展（1990年-1996年）、穩步提高（1996年-2000年）和實用化（2000年-至今）4個發展階段。經過多年的發展，目前大多數水電站均已建立了水情自動測報係統，成為水電站生產過程的一個重要係統，為水電廠的經濟運行和安全度汛發揮了重要的作用。

2）電網水庫調度自動化係統

水庫調度自動化係統是水電站生產管理信息采集、傳輸、處理和輔助決策的重要係統，其研發起步於上世紀九十年代，也經曆了研發（1995年-1997年）、快速發展（1998年-2000年）、規範發展和實用化（2000年-2002年）、聯網運行（2003年-至今）4個階段。目前，全國涉及水電的網省電力公司、中大型流域發電公司和水電廠均已建設了水調自動化係統，並且還在不斷探索智能化和智慧化應用，對發揮水電經濟效益、確保電網安全運行發揮重要的作用。

3）新能源監測與調度係統

我國新能源發電起步較晚，但發展較為迅速，並在“十二五”以後得到了大規模應用。作為當時電網新生事物，其大規模發展給電網安全、運行管理帶來的較大的挑戰。相應地，作為其運行管理的業務主管部門，水電與新能源運行管理專委會委員單位發揮了刻苦專研的精神，從新能源信息采集、並網發電、發電功率預測、消納分析評估等角度，不斷探索和完善相應的技術及規範，並逐步建成了新能源運行監測、發電功率預測、消納分析評估等係統，全麵支撐了我國新能源大規模和可持續發展。

2.技術進展跟蹤方麵

1)水電技術

n智能化與智慧化工作持續推進

智能化與智慧化工作目前已經成為各大水力發電企業實現自身數字化轉型、落實國家“互聯網+智慧能源”政策要求的重要內容。近幾年，在智能水電廠相關國家和行業標準的指導下，國網新源公司、南網雙調公司、雅礱江公司等正在開展智能水電廠的建設工作，大渡河公司開展了智慧企業的建設工作，國家電投集團、黃龍灘電廠、萬安電廠等十多家企業正在開展智慧水電廠的規劃及示範建設工作，在全廠智能感知、單元智能測控、智能作業裝備、一體化管控平台以及智能告警、智能運檢、主設備狀態檢修等智能應用方麵開展了大量研發和工程試點工作。

n自主安全可控技術取得積極成效

隨著《中華人民共和國網絡安全法》的頒布及2019年12月1日“網絡安全等級保護2.0”核心標準正式實施，關係到國計民生的電力係統網絡安全要求日趨嚴格。在自主安全可控技術方麵的，關鍵元器件、CPU芯片、基礎軟件等方麵已有可實施的國產替代方案，其中CPU等關鍵芯片及嵌入式操作係統、商用數據庫等都已實現國產化，並有多個解決方案，成熟模件也在多個中小水電廠成功投運。

n大數據融合應用技術蓬勃發展

當前，以雲計算、大數據、物聯網、人工智能為代表的新興技術快速發展，並開始應用於不同產業領域，水電領域亦不例外，尤其是水電行業剛好處於從重工程建設向重運維管理的後水電時代轉型窗口期，數據的獲取、清洗、存儲、管理、融合、可視化展示、應用分析等逐步得到廣泛應用，在設備健康狀態診斷、水庫及電網運行規律分析、設備運行特性分析、流域水文規律分析、多元能源優化調控、多業務協同互動等方麵，能夠通過大數據應用技術解決傳統業務的痛點，如智能告警、基於多維度大數據分析的水庫調度和智能運檢等。

n水文預報和水電調度向實用化方向持續邁進

在水文預報方麵，開展了基於數值天氣預報，采用陸氣耦合技術，構建氣象水文一體化預報方案已延長水文預報預見期，以及基於遙測、遙感、衛星、雷達等多源時空信息，構建數據驅動的精細化水文預報方案，提升水文預報技術應用的泛化能力及自適應能力。在水電調度方麵，通過深化考慮多通道送出約束、梯級電站間水力耦合約束的水電站群優化調度模型方法和應用研究，提升水電調度方案的可行度；開展調度仿真分析方法和應用研究，提升了對調度應用場景和突發狀況適應能力；開展基於水電調節的清潔能源源互補調度相關技術研究和應用，提升電網對新能源接納能力；開展了市場化背景下開展了水電安全校核、水電計劃出清優化技術、水電動態消納能力計算等研究，支撐了四川、甘肅等現貨市場的實施。

2)光伏技術

n生產成本總體呈現下降趨勢

在技術進步和市場需求的驅動下，我國光伏產品生產成本和光伏發電係統成本不斷降低。2019年光伏發電係統初始全投資成本降至4.55元/W左右，同比下降7.5%,度電成本降至0.28-0.51元/kWh,隨著組件、逆變器等關鍵設備的效率提升及製造成本下降，雙麵組件、跟蹤支架應用的普及，運維能力的提高，預計2020年光伏發電係統初始全投資成本可下降至4.30元/W左右，度電成本有望下降至0.27-0.48元。雖然受疫情影響，光伏組件價格短期內上升，但總體上仍將會呈現下降趨勢。

n光伏有望繼續成為新增裝機量最大的新能源發電形式。

受政策調整影響，2019年全年新增裝機容量艱難突破3,000萬千瓦，同比下降32.0%,雖然新增幅度下降，但是在2020年國家補貼政策的推動下，光伏仍將有望成為新增裝機量最大的可再生能源，估計全年新增光伏裝機容量可達到3500萬千瓦以上。

n技術發展進一步提速

目前光伏發電即將脫離對補貼的依賴，光伏平價目標的巨大壓力迫使光伏製造企業加速降低光伏度電成本，新技術的應用步伐不斷加快，甚至將呈現超預期的發展態勢。PERC電池技術仍將是電池市場的主導，但TOPCon電池產量將出現較大幅度增長；半片和9BB技術由於提效明顯，市場占比將會快速提升。

n光伏應用進一步多樣化

近年來，我國光伏發電在應用場景上與不同行業相結合的跨界融合趨勢愈發凸顯，水光互補、農光互補、漁光互補等應用模式不斷推廣。光伏＋製氫、光伏+5G通信、光伏＋新能源汽車、光伏＋建築等形式將成為光伏發展的重要方向

3)風電技術

n零部件技術進展迅速

雙饋變流器與全功率變流器損耗不斷降低、效率不斷提升；風電葉片材料不斷創新，高性能碳纖維材料應用，有效支撐大容量風電機組製造不斷進步。

n整機製造向大容量方向發展

歐美整機設計公司均進入到10MW級整機設計階段，並開始探索研究20MW機型方案；中國已經掌握6MW級風電機組整機集成技術，部分廠家已經正式發布了8MW海上風電機組樣機，多家企業已開展10MW級海上風電機組研發，首台10MW級海上風機已經並網。

n智能運維與監控技術不斷提高

國際電工委員會(IEC)製定了IEC61400-25標準。該標準定義了風電場監控係統平台的通信和信息交換模型；各整機廠商紛紛建立大數據中心並開展風電機組狀態監控及故障預警研究；在風電智能監控、智能運維、故障診斷預警等數字化海上風電技術已開展深入研究。

n海上風電發展迅速、

歐洲引領全球海上風電技術發展，單機容量持續做大，2019年，平均單機容量達到7.8MW，海上風電水深和離岸距離不斷增加，歐洲在建海上風場平均水深23米，平均離岸距離59公裏。浮式海上風電技術成為熱點，2019年，多個浮式海上風電項目在建，中國在建海上風電裝機容量已領跑全球。中國海上風電發展規劃逐步明確，各地積極調整海上風電布局。