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

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)電固有的強隨機性、波動性和間歇性，大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)后，電力系統(tǒng)的電力電量時空平衡難度將顯著加大。為保障不同時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)動慣量減小，降低系統(tǒng)抗擾動能力，導(dǎo)致系統(tǒng)故障時頻率、電壓波動加劇。此外，電力電子裝備本身抗干擾能力也弱于常規(guī)機電設(shè)備，系統(tǒng)故障時風(fēng)電、光伏機組易大規(guī)模脫網(wǎng)，引發(fā)嚴(yán)重連鎖故障。

短周期（分鐘至小時級）調(diào)節(jié)方面，新能源短時出力隨機性和波動性易造成系統(tǒng)頻率和潮流控制困難。據(jù)統(tǒng)計，單個新能源場站小時級最大功率波動可達裝機容量的15%～25%，2小時最大波動可高達40%；考慮整體區(qū)域新能源功率波動率，以廣東為例，2小時最大波動仍可達20%～35%。高比例新能源接入電網(wǎng)后，常規(guī)電源不僅要跟蹤負荷變化，還要平衡新能源出力波動，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，凌晨時系統(tǒng)負荷較低而風(fēng)電出力處于較高水平，午時或晚間系統(tǒng)負荷較高而風(fēng)電出力處于較低水平，導(dǎo)致系統(tǒng)凈負荷峰谷差增大，加劇系統(tǒng)調(diào)峰難度。以廣東海上風(fēng)電為例，單個風(fēng)電場反調(diào)峰深度可達50%，海上風(fēng)電機群反調(diào)峰平均深度達22%。此外，在部分光伏滲透率較高地區(qū)，也出現(xiàn)了午間腰荷時段的調(diào)峰問題。

多日、周時間尺度調(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。受氣象條件影響，新能源出力可能出現(xiàn)較長時間偏低的情況，如長時間陰雨天氣導(dǎo)致光伏出力持續(xù)偏低；臺風(fēng)來襲時，風(fēng)機會自動處于停轉(zhuǎn)順槳狀態(tài)以降低葉片受損風(fēng)險；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。

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)電源裝機占比不足6%，遠低于歐美國家水平。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)速度最快可以達到毫秒級，持續(xù)放電時間在分鐘至小時級，充放電轉(zhuǎn)換較為靈活，適用于解決新能源短時波動性問題，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%額定負荷調(diào)節(jié)能力的要求，若新能源場站按裝機容量的10%配置儲能，可從源頭解決新能源出力快速波動問題，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級最大波動幅度的要求，新能源場站宜按裝機容量的15%～20%配置儲能。

抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，可進行大規(guī)模能量充放，放電時間達小時及以上，適合長時間尺度電網(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間尺度調(diào)節(jié)能力，通過煤電靈活性改造，可以進一步挖掘日內(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。

水電擴機主要通過對擁有調(diào)節(jié)水庫的已建水電站進行擴建，具有投資少、造價低、工期短的優(yōu)點。南方區(qū)域瀾滄江、金沙江、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機條件，積極推進水電擴機，不僅可以提高水能利用率，增強系統(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、運行靈活的優(yōu)點，原則上同樣具備全時間尺度調(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)靈活性的強有力支撐。

電力負荷是最主要的需求側(cè)資源，可分為工業(yè)負荷、商業(yè)負荷及居民負荷。其中，工業(yè)負荷響應(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，可在促進新能源高效消納、增強用戶互動響應(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)換進一步增強需求側(cè)多能互補能力。

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

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

虛擬電廠通過協(xié)同控制的方式聚合電力負荷、用戶側(cè)儲能、電動汽車以及用戶側(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)尚處于試點階段，目前已在廣東、江蘇、上海等地試點推廣，2021年廣東開展市場化需求響應(yīng)交易結(jié)算試運行，日最大響應(yīng)容量達到100.7萬千瓦。總體而言，需求響應(yīng)實施的范圍和規(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)模達到最大用電負荷的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，可進一步發(fā)揮跨省區(qū)電網(wǎng)互濟能力，擴大平衡區(qū)域范圍，實現(xiàn)時間和空間上的擴展和互補，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，同時也能有效解決新能源在多日、周時間尺度出力不穩(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，建議加大力度推動具備改造條件的煤電機組“應(yīng)改盡改”，同時加快完善輔助服務(wù)市場建設(shè)，明確補償機制，調(diào)動企業(yè)實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格形成機制，推動“新能源+儲能”激勵機制落地，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波動特性引起的系統(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規(guī)劃和站址保護，優(yōu)化抽水蓄能電站布局和投產(chǎn)時序，優(yōu)先在新能源集中開發(fā)地區(qū)和負荷中心布局建設(shè)。推進大容量高水頭抽水蓄能機組科技創(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)政策機制。通過峰谷電價、尖峰電價、可中斷負荷電價等電價政策引導(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”的長效激勵機制，實現(xiàn)需求響應(yīng)從臨時性、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)展自動需求響應(yīng)、負荷聚集、節(jié)約電力測量與驗證等關(guān)鍵技術(shù)，開展試點建設(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）