高比例新能源發(fā)展趨勢下提升新型電力系統(tǒng)靈活性的思考

發(fā)布日期：2021-08-25 信息來源：南方電網(wǎng)報(bào)

北極星售電網(wǎng)訊:構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，以風(fēng)電、光伏為主的新能源將成為新增電能供應(yīng)的主體，但由于新能源發(fā)電固有的強(qiáng)隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)后，電力系統(tǒng)的電力電量時(shí)空平衡難度將顯著加大。為保障不同時(shí)間尺度的電力供需平衡和新能源高水平消納，關(guān)鍵在于提升新型電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。

新發(fā)展階段系統(tǒng)調(diào)節(jié)面臨新挑戰(zhàn)

超短周期（毫秒至秒級）調(diào)節(jié)方面，新能源出力快速波動(dòng)且頻率電壓耐受能力不足、穩(wěn)定難度加大。風(fēng)電、光伏采用電力電子裝備接入電網(wǎng)，大規(guī)模接入將使電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，降低系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力，導(dǎo)致系統(tǒng)故障時(shí)頻率、電壓波動(dòng)加劇。此外，電力電子裝備本身抗干擾能力也弱于常規(guī)機(jī)電設(shè)備，系統(tǒng)故障時(shí)風(fēng)電、光伏機(jī)組易大規(guī)模脫網(wǎng)，引發(fā)嚴(yán)重連鎖故障。

短周期（分鐘至小時(shí)級）調(diào)節(jié)方面，新能源短時(shí)出力隨機(jī)性和波動(dòng)性易造成系統(tǒng)頻率和潮流控制困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單個(gè)新能源場站小時(shí)級最大功率波動(dòng)可達(dá)裝機(jī)容量的15%～25%，2小時(shí)最大波動(dòng)可高達(dá)40%；考慮整體區(qū)域新能源功率波動(dòng)率，以廣東為例，2小時(shí)最大波動(dòng)仍可達(dá)20%～35%。高比例新能源接入電網(wǎng)后，常規(guī)電源不僅要跟蹤負(fù)荷變化，還要平衡新能源出力波動(dòng)，大大增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度。

日內(nèi)調(diào)節(jié)方面，新能源發(fā)電特性與用電負(fù)荷日特性匹配度差，增加系統(tǒng)調(diào)峰壓力。風(fēng)電反調(diào)峰特性顯著，凌晨時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷較低而風(fēng)電出力處于較高水平，午時(shí)或晚間系統(tǒng)負(fù)荷較高而風(fēng)電出力處于較低水平，導(dǎo)致系統(tǒng)凈負(fù)荷峰谷差增大，加劇系統(tǒng)調(diào)峰難度。以廣東海上風(fēng)電為例，單個(gè)風(fēng)電場反調(diào)峰深度可達(dá)50%，海上風(fēng)電機(jī)群反調(diào)峰平均深度達(dá)22%。此外，在部分光伏滲透率較高地區(qū)，也出現(xiàn)了午間腰荷時(shí)段的調(diào)峰問題。

多日、周時(shí)間尺度調(diào)節(jié)方面，新能源發(fā)電“靠天吃飯”特征明顯，加大系統(tǒng)供需失衡風(fēng)險(xiǎn)。受氣象條件影響，新能源出力可能出現(xiàn)較長時(shí)間偏低的情況，如長時(shí)間陰雨天氣導(dǎo)致光伏出力持續(xù)偏低；臺風(fēng)來襲時(shí)，風(fēng)機(jī)會自動(dòng)處于停轉(zhuǎn)順槳狀態(tài)以降低葉片受損風(fēng)險(xiǎn)；極寒天氣條件下，新能源設(shè)備耐受能力脆弱導(dǎo)致出力受限甚至停機(jī)。

多措并舉提升新型電力系統(tǒng)靈活性

（一）供給側(cè)

我國靈活性調(diào)節(jié)電源裝機(jī)占比不足6%，遠(yuǎn)低于歐美國家水平。提高靈活性調(diào)節(jié)電源占比是提升新型電力系統(tǒng)靈活性的關(guān)鍵。

新型儲能響應(yīng)速度最快可以達(dá)到毫秒級，持續(xù)放電時(shí)間在分鐘至小時(shí)級，充放電轉(zhuǎn)換較為靈活，適用于解決新能源短時(shí)波動(dòng)性問題，提高新能源并網(wǎng)性能。超短周期調(diào)節(jié)方面，按照行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新能源場站應(yīng)滿足具備≥10%額定負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的要求，若新能源場站按裝機(jī)容量的10%配置儲能，可從源頭解決新能源出力快速波動(dòng)問題，提升系統(tǒng)一次調(diào)頻能力。短周期調(diào)節(jié)方面，為滿足平抑新能源分鐘至小時(shí)級最大波動(dòng)幅度的要求，新能源場站宜按裝機(jī)容量的15%～20%配置儲能。

抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，可進(jìn)行大規(guī)模能量充放，放電時(shí)間達(dá)小時(shí)及以上，適合長時(shí)間尺度電網(wǎng)調(diào)峰及電力平衡場景，根據(jù)庫容大小，可以發(fā)揮日內(nèi)調(diào)峰甚至周調(diào)節(jié)作用。大力發(fā)展抽水蓄能，有助于解決新能源間歇性問題，提升系統(tǒng)調(diào)峰能力、系統(tǒng)安全性以及特殊天氣場景下電力供應(yīng)保障能力。

煤電原則上具備秒級以上全時(shí)間尺度調(diào)節(jié)能力，通過煤電靈活性改造，可以進(jìn)一步挖掘日內(nèi)調(diào)峰能力。當(dāng)前，煤電靈活性改造技術(shù)成熟、成本低、施工周期短，是短期提升系統(tǒng)靈活性的較優(yōu)選擇。南方五省區(qū)具備改造條件的煤電裝機(jī)超過1億千瓦，全部改造完成后可增加1500萬千瓦以上的調(diào)峰能力，改造潛力大。

水電擴(kuò)機(jī)主要通過對擁有調(diào)節(jié)水庫的已建水電站進(jìn)行擴(kuò)建，具有投資少、造價(jià)低、工期短的優(yōu)點(diǎn)。南方區(qū)域?yàn)憸娼⒔鹕辰?、烏江、紅水河等流域部分調(diào)節(jié)能力較好的水電站均具備擴(kuò)機(jī)條件，積極推進(jìn)水電擴(kuò)機(jī)，不僅可以提高水能利用率，增強(qiáng)系統(tǒng)日內(nèi)調(diào)峰能力，還有助于保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)整體效率。

調(diào)峰氣電具有啟停速度快、運(yùn)行靈活的優(yōu)點(diǎn)，原則上同樣具備全時(shí)間尺度調(diào)節(jié)能力。但受碳減排目標(biāo)、氣源供應(yīng)和氣價(jià)高等影響，氣電發(fā)展空間相對有限。

（二）需求側(cè)

電力需求響應(yīng)速度可達(dá)到秒級，具有優(yōu)異的調(diào)節(jié)能力，是提升新型電力系統(tǒng)靈活性的強(qiáng)有力支撐。

電力負(fù)荷是最主要的需求側(cè)資源，可分為工業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷及居民負(fù)荷。其中，工業(yè)負(fù)荷響應(yīng)意愿取決于調(diào)節(jié)收益與生產(chǎn)成本增加間的權(quán)衡；商業(yè)負(fù)荷資源潛力較為可觀且靈活易控，是提升需求側(cè)靈活調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)資源；居民負(fù)荷空間分布過于分散、控制難度大，目前仍缺乏關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備支撐，調(diào)節(jié)潛力有待挖掘。

用戶側(cè)儲能因其響應(yīng)速度快、調(diào)控靈活的特點(diǎn)，可在促進(jìn)新能源高效消納、增強(qiáng)用戶互動(dòng)響應(yīng)能力等方面發(fā)揮突出作用。此外，考慮氫能制備與存儲技術(shù)的更新突破，氫儲能未來有望以低成本的方式在需求側(cè)大規(guī)模應(yīng)用，并通過電-氫間的靈活轉(zhuǎn)換進(jìn)一步增強(qiáng)需求側(cè)多能互補(bǔ)能力。

電動(dòng)汽車可視為移動(dòng)式儲能裝置，是調(diào)節(jié)潛力巨大的需求側(cè)資源。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全國電動(dòng)汽車保有量400萬輛，按每輛28千瓦時(shí)計(jì)，電池儲能容量1.12億千瓦時(shí)。未來依托車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)以及成熟的電動(dòng)汽車儲能商業(yè)模式，可充分調(diào)動(dòng)電動(dòng)汽車儲能特性。

虛擬電廠通過協(xié)同控制的方式聚合電力負(fù)荷、用戶側(cè)儲能、電動(dòng)汽車以及用戶側(cè)電源等需求側(cè)資源，以滿足內(nèi)部用能需求、響應(yīng)外部系統(tǒng)變化，使電力系統(tǒng)的需求側(cè)由傳統(tǒng)的“消費(fèi)者”向“產(chǎn)消者”過渡，將是新型電力系統(tǒng)需求側(cè)資源整合的重要平臺。

我國需求響應(yīng)尚處于試點(diǎn)階段，目前已在廣東、江蘇、上海等地試點(diǎn)推廣，2021年廣東開展市場化需求響應(yīng)交易結(jié)算試運(yùn)行，日最大響應(yīng)容量達(dá)到100.7萬千瓦?？傮w而言，需求響應(yīng)實(shí)施的范圍和規(guī)模仍較小，需求側(cè)可調(diào)節(jié)潛力亟待開發(fā)挖掘。近中期，按照需求響應(yīng)規(guī)模達(dá)到最大用電負(fù)荷的5%左右考慮，南方五省區(qū)需求響應(yīng)能力將超過1500萬千瓦。

（三）電網(wǎng)側(cè)

電網(wǎng)作為資源優(yōu)化配置的支撐平臺，是提升新型電力系統(tǒng)靈活性的重要補(bǔ)充。通過建設(shè)跨省區(qū)電力互聯(lián)通道，提高存量輸電通道利用率，可進(jìn)一步發(fā)揮跨省區(qū)電網(wǎng)互濟(jì)能力，擴(kuò)大平衡區(qū)域范圍，實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間上的擴(kuò)展和互補(bǔ)，一定程度上可減少因系統(tǒng)靈活性不足導(dǎo)致的棄能現(xiàn)象，同時(shí)也能有效解決新能源在多日、周時(shí)間尺度出力不穩(wěn)定引起的供需失衡問題。

提升新型電力系統(tǒng)靈活性的相關(guān)建議

大力推動(dòng)存量煤電靈活性改造。煤電在未來電能供給體系中將發(fā)揮兜底保障作用，建議加大力度推動(dòng)具備改造條件的煤電機(jī)組“應(yīng)改盡改”，同時(shí)加快完善輔助服務(wù)市場建設(shè)，明確補(bǔ)償機(jī)制，調(diào)動(dòng)企業(yè)實(shí)施靈活性改造的積極性。

積極推廣應(yīng)用“新能源+儲能”模式。加快建立新型儲能價(jià)格形成機(jī)制，推動(dòng)“新能源+儲能”激勵(lì)機(jī)制落地，提高新能源發(fā)電企業(yè)配置儲能積極性。針對高比例新能源短時(shí)波動(dòng)特性引起的系統(tǒng)穩(wěn)定和電網(wǎng)安全問題，建議從源頭解決，按照新能源場站裝機(jī)容量15%～20%配置儲能。

統(tǒng)籌布局建設(shè)抽水蓄能電站。抽水蓄能電站建設(shè)周期較長，建議做好中長期抽水蓄能選點(diǎn)規(guī)劃和站址保護(hù)，優(yōu)化抽水蓄能電站布局和投產(chǎn)時(shí)序，優(yōu)先在新能源集中開發(fā)地區(qū)和負(fù)荷中心布局建設(shè)。推進(jìn)大容量高水頭抽水蓄能機(jī)組科技創(chuàng)新，開展中小型、可變速抽水蓄能技術(shù)研究。

健全完善電力需求響應(yīng)政策機(jī)制。通過峰谷電價(jià)、尖峰電價(jià)、可中斷負(fù)荷電價(jià)等電價(jià)政策引導(dǎo)需求側(cè)資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。遵循公平合理的原則，建立“誰受益、誰出資”的長效激勵(lì)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)從臨時(shí)性、緊急性的舉措逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌B(tài)化調(diào)節(jié)手段。大力發(fā)展自動(dòng)需求響應(yīng)、負(fù)荷聚集、節(jié)約電力測量與驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)，開展試點(diǎn)建設(shè)和應(yīng)用示范，支撐需求響應(yīng)推廣應(yīng)用。

（作者為南網(wǎng)能源研究院規(guī)劃中心主任）