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    “雙碳”目標下新型電力系統的運行模式思考與展望

    發布日期:2021-07-13 11:20 瀏覽量:182 分享到:

    為貫徹落實黨中央和國務院的重大決策部署,南方電網結合實際情況以數字電網推動構建以新能源為主體的新型電力系統,支持南方五省區及港澳地區實現碳達峰、碳中和目標,保障南方區域能源供應安全。在此前提下,筆者對新型電力系統的運行模式進行了一定思考,希望能拋磚引玉。

    電力系統的組成架構、組成要素以及系統特性正在發生顯著變化。

    我國的電力系統以特高壓電網為骨干網架,不同等級電壓協調。在新能源高占比電力系統中,為了適應不同地區、不同“源”與“荷”特點以及電網特點,儲能被認為是解決新能源發電不穩定的最主要工具。目前儲能以多種形式在網側、源側與荷側進行配置,成為新型電力系統又一重要組成部分。截至2019年,我國的新型儲能累積裝機規模為2.1吉瓦,傳統的“源、網、荷”系統將轉變為“源、網、荷、儲”系統。新能源、電動汽車、電解鋁、硅等接入電網本質上都是依賴于電力電子設備,規?;慕尤雽е码娋W的轉動慣量下降,抗擾動性能變弱,全系統抵御故障沖擊的能力也大大降低。新能源發電系統、儲能等采用集中式或分布式的方式接入電網的“源、網、荷”各端,使得“源”已經不是傳統的“源”,“荷”也不是傳統的“荷”,各元素之間相互耦合融合。工業、建筑、交通三大領域終端用能電氣化水平將從目前的30%、30%和5%提升至2060年約50%、75%和50%。隨著電力系統組成元素增加,元素之間的交互耦合以及特性的變化,使得電網的規劃、設計、運行、控制變得更為復雜。

    傳統電力系統的“源隨荷動”運行模式將逐漸轉變為多種要素參與的互動模式。

    保持電力系統電量的瞬間平衡和穩定(涉及電壓、頻率、功角等參數)一直都是電力系統規劃、設計、運行的基本任務。傳統電力系統中用電側的用電無法自由控制,因此,運行邏輯是“源隨荷動”,即用可控的發電來匹配用電的變化情況,并在實際運行過程中滾動調節,實現電力系統安全可靠運行。這一特性決定了必須要有充足、符合電網運行條件的電源。然而,以風電、光伏為代表的新能源具有波動性、隨機性、間歇性的特點,無法適應“源隨荷動”的基本要求,打破了傳統的穩定運行機制。尤其高占比新能源的裝機容量,對于電力系統而言是史無前例的,傳統的運行模式已經無法適應高占比新能源電網的運行需求。

    因此,需要通過儲能、用戶側需求響應等多種要素參與到系統的運行調節環節中來,形成源網荷儲用等多種要素參與的新型互動模式。

    數字化電網技術是支撐新型電力系統高效、穩定運行的關鍵。

    新型電力系統的“發、輸、變、配、用、儲”等設備的系統變化和功能調整體現為電力流、信息流、價值流的重新分配。物理層與信息層的高度融合,打通源網荷儲各環節信息,通過構建更加堅強的互聯互通網絡平臺,實現季節差互補、風光水火互調和跨地區、跨領域補償調節等效益。對于風、光新能源可以主動平抑波動,具備可調可控能力,提升主動支撐性能。需要依靠數字化電網技術,高效、有序地調控各類資源,使其穩定、可靠運行,實現信息化、智慧化、互動化;由部分感知、單向控制、計劃為主轉變為高度感知、雙向互動和智能高效,使電網具備超強感知能力、智慧決策能力和快速執行能力。

    新型電力系統包含了“發、輸、變、配、用、儲”各環節高度耦合的物理系統和與之相適應的信息系統,通過科學化、制度化、規范化的管理來實現系統的穩定高效運行。

    >>鏈接:構建新型電力系統的展望:

    以新能源為主體的理解

    以新能源為主體不能簡單地理解為全部能源都是新能源,而是需要因地制宜。如云南地區水電資源較為豐富,可以考慮風、光、水等多種能源的合理配置,在優先考慮無碳、低碳能源使用的同時,根據低碳發展階段平衡安全、經濟等各方面的考慮,選擇最佳的以新能源為主體的多元電源組合系統。從而減少對煤炭、天然氣等碳基能源發電的消耗與進口能源的依賴,盡可能多地高效開發、轉化利用本土各類型清潔能源用于發電。

    靈活資源的優化配置

    隨著新能源大規模、高比例的廣泛接入以及負荷側高度的電氣化水平,電網需要具備良好的靈活資源配置能力,以此解決新能源的不確定和負荷的聯動問題。在云南地區,抽水蓄能電站以及大型工業負荷的需求響應均可以作為很好的靈活資源,但是在實際中如何合理、合規地調節靈活資源,需要技術和政策的支撐。針對靈活資源的調節機制和價格機制仍然處于空白,有待深入地探索和研究。

    高效協調的多元互動

    需要確保電能“質”和“量”兩方面的要求。在新型電力系統建設過程中,由于隨機性高、波動性大的新能源發電大規模進入電力系統,電網、電力負荷、儲能設備等都將受到不同程度的影響,需要源網荷儲進行聯動,形成相輔相成、協同優化的情況,從而更好地利用資源、提高用能的安全性和經濟性。此外,構建新型電力系統也不能僅僅依賴于電網,需要與其他形式的能源(例如燃氣、動力電池等)形成一定的耦合。

    新型商業模式的探索

    新型電力系統中大規模的、安全性高、經濟性好的靈活調節資源和設備,由于市場化的空白尚未達到商業規模,使得靈活性資源未能有效發揮作用。因此,亟待政策和技術的突破,探索新型的商業模式,推動各類靈活資源的高效利用,促進儲能技術、電動汽車集群響應等技術實現商業化發展。

    數字電網建設推動新型電力系統發展

    通過數字電網的建設,發揮數字電網的基礎性、關鍵性、支撐性作用,實現“源、網、荷、儲、用”等多個環節信息的連通,以此推動新型電力系統的發展。在以新能源為主體的新型電力系統中,發電側實現“全面可觀、精確可測、高度可控”,電網側形成云邊融合的調控體系,用電側有效聚合海量可調節資源支撐實時動態響應,實現電力系統安全穩定運行和資源大范圍優化配置。

    云南電網公司 翟蘇巍

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    來源:南方電網公司


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