高比例新能源發(fā)展趨勢下提升新型電力系統靈活性的思考

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

北極星售電網(wǎng)訊:構建以新能源為主體的新型電力系統，以風(fēng)電、光伏為主的新能源將成為新增電能供應的主體，但由于新能源發(fā)電固有的強隨機性、波動(dòng)性和間歇性，大規模新能源接入電網(wǎng)后，電力系統的電力電量時(shí)空平衡難度將顯著(zhù)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靈活調節能力。

新發(fā)展階段系統調節面臨新挑戰

超短周期（毫秒至秒級）調節方面，新能源出力快速波動(dòng)且頻率電壓耐受能力不足、穩定難度加大。風(fēng)電、光伏采用電力電子裝備接入電網(wǎng)，大規模接入將使電力系統轉動(dòng)慣量減小，降低系統抗擾動(dòng)能力，導致系統故障時(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機電設備，系統故障時(shí)風(fēng)電、光伏機組易大規模脫網(wǎng)，引發(fā)嚴重連鎖故障。

短周期（分鐘至小時(shí)級）調節方面，新能源短時(shí)出力隨機性和波動(dòng)性易造成系統頻率和潮流控制困難。據統計，單個(gè)新能源場(chǎng)站小時(shí)級最大功率波動(dòng)可達裝機容量的15%～25%，2小時(shí)最大波動(dòng)可高達40%；考慮整體區域新能源功率波動(dòng)率，以廣東為例，2小時(shí)最大波動(dòng)仍可達20%～35%。高比例新能源接入電網(wǎng)后，常規電源不僅要跟蹤負荷變化，還要平衡新能源出力波動(dòng)，大大增加了系統調節難度。

日內調節方面，新能源發(fā)電特性與用電負荷日特性匹配度差，增加系統調峰壓力。風(fēng)電反調峰特性顯著(zhù)，凌晨時(shí)系統負荷較低而風(fēng)電出力處于較高水平，午時(shí)或晚間系統負荷較高而風(fēng)電出力處于較低水平，導致系統凈負荷峰谷差增大，加劇系統調峰難度。以廣東海上風(fēng)電為例，單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)反調峰深度可達50%，海上風(fēng)電機群反調峰平均深度達22%。此外，在部分光伏滲透率較高地區，也出現了午間腰荷時(shí)段的調峰問(wèn)題。

多日、周時(shí)間尺度調節方面，新能源發(fā)電“靠天吃飯”特征明顯，加大系統供需失衡風(fēng)險。受氣象條件影響，新能源出力可能出現較長(cháng)時(shí)間偏低的情況，如長(cháng)時(shí)間陰雨天氣導致光伏出力持續偏低；臺風(fēng)來(lái)襲時(shí)，風(fēng)機會(huì )自動(dòng)處于停轉順槳狀態(tài)以降低葉片受損風(fēng)險；極寒天氣條件下，新能源設備耐受能力脆弱導致出力受限甚至停機。

多措并舉提升新型電力系統靈活性

（一）供給側

我國靈活性調節電源裝機占比不足6%，遠低于歐美國家水平。提高靈活性調節電源占比是提升新型電力系統靈活性的關(guān)鍵。

新型儲能響應速度最快可以達到毫秒級，持續放電時(shí)間在分鐘至小時(shí)級，充放電轉換較為靈活，適用于解決新能源短時(shí)波動(dòng)性問(wèn)題，提高新能源并網(wǎng)性能。超短周期調節方面，按照行業(yè)技術(shù)標準規定，新能源場(chǎng)站應滿(mǎn)足具備≥10%額定負荷調節能力的要求，若新能源場(chǎng)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(dòng)問(wèn)題，提升系統一次調頻能力。短周期調節方面，為滿(mǎn)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(chǎng)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(jìn)行大規模能量充放，放電時(shí)間達小時(shí)及以上，適合長(cháng)時(shí)間尺度電網(wǎng)調峰及電力平衡場(chǎng)景，根據庫容大小，可以發(fā)揮日內調峰甚至周調節作用。大力發(fā)展抽水蓄能，有助于解決新能源間歇性問(wèn)題，提升系統調峰能力、系統安全性以及特殊天氣場(chǎng)景下電力供應保障能力。

煤電原則上具備秒級以上全時(shí)間尺度調節能力，通過(guò)煤電靈活性改造，可以進(jìn)一步挖掘日內調峰能力。當前，煤電靈活性改造技術(shù)成熟、成本低、施工周期短，是短期提升系統靈活性的較優(yōu)選擇。南方五省區具備改造條件的煤電裝機超過(guò)1億千瓦，全部改造完成后可增加1500萬(wàn)千瓦以上的調峰能力，改造潛力大。

水電擴機主要通過(guò)對擁有調節水庫的已建水電站進(jìn)行擴建，具有投資少、造價(jià)低、工期短的優(yōu)點(diǎn)。南方區域瀾滄江、金沙江、烏江、紅水河等流域部分調節能力較好的水電站均具備擴機條件，積極推進(jìn)水電擴機，不僅可以提高水能利用率，增強系統日內調峰能力，還有助于保障電網(wǎng)安全穩定運行，提高電力系統整體效率。

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

（二）需求側

電力需求響應速度可達到秒級，具有優(yōu)異的調節能力，是提升新型電力系統靈活性的強有力支撐。

電力負荷是最主要的需求側資源，可分為工業(yè)負荷、商業(yè)負荷及居民負荷。其中，工業(yè)負荷響應意愿取決于調節收益與生產(chǎn)成本增加間的權衡；商業(yè)負荷資源潛力較為可觀(guān)且靈活易控，是提升需求側靈活調節能力的基礎資源；居民負荷空間分布過(guò)于分散、控制難度大，目前仍缺乏關(guān)鍵技術(shù)和設備支撐，調節潛力有待挖掘。

用戶(hù)側儲能因其響應速度快、調控靈活的特點(diǎn)，可在促進(jìn)新能源高效消納、增強用戶(hù)互動(dòng)響應能力等方面發(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(lái)有望以低成本的方式在需求側大規模應用，并通過(guò)電-氫間的靈活轉換進(jìn)一步增強需求側多能互補能力。

電動(dòng)汽車(chē)可視為移動(dòng)式儲能裝置，是調節潛力巨大的需求側資源。

據統計，2020年全國電動(dòng)汽車(chē)保有量400萬(wàn)輛，按每輛28千瓦時(shí)計，電池儲能容量1.12億千瓦時(shí)。未來(lái)依托車(chē)網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)以及成熟的電動(dòng)汽車(chē)儲能商業(yè)模式，可充分調動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)儲能特性。

虛擬電廠(chǎng)通過(guò)協(xié)同控制的方式聚合電力負荷、用戶(hù)側儲能、電動(dòng)汽車(chē)以及用戶(hù)側電源等需求側資源，以滿(mǎn)足內部用能需求、響應外部系統變化，使電力系統的需求側由傳統的“消費者”向“產(chǎn)消者”過(guò)渡，將是新型電力系統需求側資源整合的重要平臺。

我國需求響應尚處于試點(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(kāi)展市場(chǎng)化需求響應交易結算試運行，日最大響應容量達到100.7萬(wàn)千瓦?？傮w而言，需求響應實(shí)施的范圍和規模仍較小，需求側可調節潛力亟待開(kāi)發(fā)挖掘。近中期，按照需求響應規模達到最大用電負荷的5%左右考慮，南方五省區需求響應能力將超過(guò)1500萬(wàn)千瓦。

（三）電網(wǎng)側

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靈活性的重要補充。通過(guò)建設跨省區電力互聯(lián)通道，提高存量輸電通道利用率，可進(jìn)一步發(fā)揮跨省區電網(wǎng)互濟能力，擴大平衡區域范圍，實(shí)現時(shí)間和空間上的擴展和互補，一定程度上可減少因系統靈活性不足導致的棄能現象，同時(shí)也能有效解決新能源在多日、周時(shí)間尺度出力不穩定引起的供需失衡問(wèn)題。

提升新型電力系統靈活性的相關(guān)建議

大力推動(dòng)存量煤電靈活性改造。煤電在未來(lái)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組“應改盡改”，同時(shí)加快完善輔助服務(wù)市場(chǎng)建設，明確補償機制，調動(dòng)企業(yè)實(shí)施靈活性改造的積極性。

積極推廣應用“新能源+儲能”模式。加快建立新型儲能價(jià)格形成機制，推動(dòng)“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(shí)波動(dòng)特性引起的系統穩定和電網(wǎng)安全問(wèn)題，建議從源頭解決，按照新能源場(chǎng)站裝機容量15%～20%配置儲能。

統籌布局建設抽水蓄能電站。抽水蓄能電站建設周期較長(cháng)，建議做好中長(cháng)期抽水蓄能選點(diǎn)規劃和站址保護，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(kāi)發(fā)地區和負荷中心布局建設。推進(jìn)大容量高水頭抽水蓄能機組科技創(chuàng )新，開(kāi)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政策機制。通過(guò)峰谷電價(jià)、尖峰電價(jià)、可中斷負荷電價(jià)等電價(jià)政策引導需求側資源參與系統調節。遵循公平合理的原則，建立“誰(shuí)受益、誰(shuí)出資”的長(cháng)效激勵機制，實(shí)現需求響應從臨時(shí)性、緊急性的舉措逐漸轉變?yōu)槌B(tài)化調節手段。大力發(fā)展自動(dòng)需求響應、負荷聚集、節約電力測量與驗證等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展試點(diǎn)建設和應用示范，支撐需求響應推廣應用。

（作者為南網(wǎng)能源研究院規劃中心主任）