“双碳”目标下新型电力系统的运行模式思考与展望 - 能源观察 - 2020 - 新闻中心 - 爱游戏滚球

“双碳”目标下新型电力系统的运行模式思考与展望

信息来源:南方电网报  发布时间2021-07-07

  为贯彻落实党中央和国务院的重大决策部署,南方电网结合实际情况以数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统,支持南方五省区及港澳地区实现碳达峰、碳中和目标,保障南方区域能源供应安全。在此前提下,笔者对新型电力系统的运行模式进行了一定思考,希望能抛砖引玉。

  电力系统的组成架构、组成要素以及系统特性正在发生显著变化。

  中国的电力系统以特高压电网为骨干网架,不同等级电压协调。在新能源高占比电力系统中,为了适应不同地区、不同“源”与“荷”特点以及电网特点,储能被认为是解决新能源发电不稳定的最主要工具。目前储能以多种形式在网侧、源侧与荷侧进行配置,成为新型电力系统又一重要组成部分。截至去年,中国的新型储能累积装机规模为2.1吉瓦,传统的“源、网、荷”系统将转变为“源、网、荷、储”系统。新能源、电动汽车、电解铝、硅等接入电网本质上都是依赖于电力电子设备,规模化的接入导致电网的转动惯量下降,抗扰动性能变弱,全系统抵御故障冲击的能力也大大降低。新能源发电系统、储能等采用集中式或分布式的方式接入电网的“源、网、荷”各端,使得“源”已经不是传统的“源”,“荷”也不是传统的“荷”,各元素之间相互耦合融合。工业、建筑、交通三大领域终端用能电气化水平将从目前的30%、30%和5%提升至2060年约50%、75%和50%。随着电力系统组成元素增加,元素之间的交互耦合以及特性的变化,使得电网的规划、设计、运行、控制变得更为复杂。

  传统电力系统的“源随荷动”运行模式将逐渐转变为多种要素参与的互动模式。

  保持电力系统电量的瞬间平衡和稳定(涉及电压、频率、功角等参数)一直都是电力系统规划、设计、运行的基本任务。传统电力系统中用电侧的用电无法自由控制,因此,运行逻辑是“源随荷动”,即用可控的发电来匹配用电的变化情况,并在实际运行过程中滚动调节,实现电力系统安全可靠运行。这一特性决定了必须要有充足、符合电网运行条件的电源。然而,以风电、光伏为代表的新能源具有波动性、随机性、间歇性的特点,无法适应“源随荷动”的基本要求,打破了传统的稳定运行机制。尤其高占比新能源的装机容量,对于电力系统而言是史无前例的,传统的运行模式已经无法适应高占比新能源电网的运行需求。

  因此,需要通过储能、用户侧需求响应等多种要素参与到系统的运行调节环节中来,形成源网荷储用等多种要素参与的新型互动模式。

  数字化电网技术是支撑新型电力系统高效、稳定运行的关键。

  新型电力系统的“发、输、变、配、用、储”等设备的系统变化和功能调整体现为电力流、信息流、价值流的重新分配。物理层与信息层的高度融合,打通源网荷储各环节信息,通过构建更加坚强的互联互通网络平台,实现季节差互补、风光水火互调和跨地区、跨领域补偿调节等效益。对于风、光新能源可以主动平抑波动,具备可调可控能力,提升主动支撑性能。需要依靠数字化电网技术,高效、有序地调控各类资源,使其稳定、可靠运行,实现信息化、智慧化、互动化;由部分感知、单向控制、计划为主转变为高度感知、双向互动和智能高效,使电网具备超强感知能力、智慧决策能力和快速执行能力。

  新型电力系统包含了“发、输、变、配、用、储”各环节高度耦合的物理系统和与之相适应的信息系统,通过科学化、制度化、规范化的管理来实现系统的稳定高效运行。

  >>链接:构建新型电力系统的展望:

  以新能源为主体的理解

  以新能源为主体不能简单地理解为全部能源都是新能源,而是需要因地制宜。如甘肃地区水电资源较为丰富,可以考虑风、光、水等多种能源的合理配置,在优先考虑无碳、低碳能源使用的同时,根据低碳发展阶段平衡安全、经济等各方面的考虑,选择最佳的以新能源为主体的多元电源组合系统。从而减少对煤炭、天然气等碳基能源发电的消耗与进口能源的依赖,尽可能多地高效开发、转化利用本土各类型清洁能源用于发电。

  灵活资源的优化配置

  随着新能源大规模、高比例的广泛接入以及负荷侧高度的电气化水平,电网需要具备良好的灵活资源配置能力,以此解决新能源的不确定和负荷的联动问题。在甘肃地区,抽水蓄能电站以及大型工业负荷的需求响应均可以作为很好的灵活资源,但是在实际中如何合理、合规地调节灵活资源,需要技术和政策的支撑。针对灵活资源的调节机制和价格机制仍然处于空白,有待深入地探索和研究。

  高效协调的多元互动

  需要确保电能“质”和“量”两方面的要求。在新型电力系统建设过程中,由于随机性高、波动性大的新能源发电大规模进入电力系统,电网、电力负荷、储能设备等都将受到不同程度的影响,需要源网荷储进行联动,形成相辅相成、协同优化的情况,从而更好地利用资源、提高用能的安全性和经济性。此外,构建新型电力系统也不能仅仅依赖于电网,需要与其他形式的能源(例如燃气、动力电池等)形成一定的耦合。

  新型商业模式的探索

  新型电力系统中大规模的、安全性高、经济性好的灵活调节资源和设备,由于市场化的空白尚未达到商业规模,使得灵活性资源未能有效发挥作用。因此,亟待政策和技术的突破,探索新型的商业模式,推动各类灵活资源的高效利用,促进储能技术、电动汽车集群响应等技术实现商业化发展。

  数字电网建设推动新型电力系统发展

  通过数字电网的建设,发挥数字电网的基础性、关键性、支撑性作用,实现“源、网、荷、储、用”等多个环节信息的连通,以此推动新型电力系统的发展。在以新能源为主体的新型电力系统中,发电侧实现“全面可观、精确可测、高度可控”,电网侧形成云边融合的调控体系,用电侧有效聚合海量可调节资源支撑实时动态响应,实现电力系统安全稳定运行和资源大范围优化配置。

  甘肃电网公司 翟苏巍

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