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          3. 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

            文章來(lái)源:許昌昌南通信科技有限公司

            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)

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