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                新型電力系統(tǒng)的建設發(fā)展展望

                發(fā)布時間:2023-08-14 瀏覽數:34

                相關會議指出,要深化電力體制改革,加快構建清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng),更好推動能源生產和消費革命,保障國家能源安全。會議強調,要科學合理設計新型電力系統(tǒng)建設路徑,在新能源安全可靠替代的基礎上,有計劃分步驟逐步降低傳統(tǒng)能源比重。要健全適應新型電力系統(tǒng)的體制機制,推動加強電力技術創(chuàng)新、市場機制創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新。要推動有效市場同有為政府更好結合,不斷完善政策體系,做好電力基本公共服務供給。本文擬對新型電力系統(tǒng)的建設發(fā)展進行探討和展望。

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                科學合理設計新型電力系統(tǒng)建設路徑

                在能源清潔低碳轉型進程中,風電、光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模接入給電力系統(tǒng)運行與控制帶來重大挑戰(zhàn)。新能源的隨機性、間歇性、波動性使電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行中的功率平衡問題呈現(xiàn)概率化,在一定程度上降低了供電可靠性,并且傳統(tǒng)電力系統(tǒng)單一的“源隨荷動”(即根據負荷變動情況調節(jié)發(fā)電功率)模式將轉變?yōu)椤霸春苫印钡挠押没幽J健?/p>

                電力系統(tǒng)受擾后的穩(wěn)定特性由傳統(tǒng)機電模式主導向機電—電磁多模式耦合交互影響演化,系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制問題受到廣泛關注。電源側低慣性和低短路比特征突出,安全穩(wěn)定支撐能力不斷被削弱;負荷側動態(tài)特性越來越復雜;電網側交直流、多直流間耦合更加緊密。

                近年來,國外發(fā)生了幾起電網設備故障誘發(fā)的大停電事故,引起熱烈討論。2016年9月28日,澳大利亞南澳電網發(fā)生了歷時50h的全州大停電事故。2019年8月9日英國發(fā)生的大面積停電事故約有100萬人受到停電影響。2021年2月15日~19日美國得克薩斯州發(fā)生大停電事故,最多影響人口達450萬人,得州電網進入三級緊急狀態(tài),切負荷2000萬kW,實時市場價格超過9000美元/(MW·h)。

                由此可見,為確保電力安全可靠供應,在相當長一段時間內,傳統(tǒng)能源依然需要起到支撐性、調節(jié)性電源的作用。能源轉型不可能一蹴而就,只能有計劃分步驟逐步降低傳統(tǒng)能源比重。

                健全適應新型電力系統(tǒng)的體制機制

                在“雙碳”目標下,隨著高比例間歇式可再生能源的接入,需健全適應新型電力系統(tǒng)的體制機制。在傳統(tǒng)的基于實時電價理論的電力批發(fā)市場設計中,由于光伏、風電近零邊際成本的特點,使得市場出清價格降低,甚至出現(xiàn)負值,將傳統(tǒng)火電、核電在以邊際成本為準的競價交易中擠出,因此火電、核電難以生存,導致電源結構失衡,并降低電力系統(tǒng)的安全性和靈活性。而同時,光伏和風電的隨機性、間歇性、波動性,給電力系統(tǒng)的運行和控制帶來重大挑戰(zhàn),對于系統(tǒng)靈活性的需求急劇增加,需要為靈活性資源提供足夠的經濟激勵。

                在“雙碳”目標下,設計正確體現(xiàn)不同品質電能價值的新市場機制十分關鍵。在新型電力系統(tǒng)中,作為“源荷互動”運行模式的立腳點,柔性負荷、虛擬電廠等新技術和商業(yè)模式受到了廣泛關注。

                柔性負荷包含具備需求韌性的可調節(jié)負荷或可轉移負荷、具備雙向調節(jié)能力的電動汽車、儲能、蓄能以及分布式電源、微電網等,其用電行為可對價格信號作出靈活響應,是電力系統(tǒng)靈活性的重要來源。在供電無法滿足用電需求增長的大城市,柔性負荷的削峰填谷作用還可對保障電網的安全運行起到關鍵作用。隨著電力市場改革的推進,柔性負荷和虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場和輔助服務市場的條件逐步具備,商業(yè)模式逐漸形成。

                推動有效市場同有為政府更好結合

                電力系統(tǒng)的經濟性和安全性是一體兩面,而經濟性建立在安全性的基礎上,離開了安全性,電力系統(tǒng)的經濟性就無從談起。長期以來,我國電力系統(tǒng)堅持安全第一,對經濟性則重視不夠,電網運行保留了很高的安全裕度,還有為了安全過度投資的現(xiàn)象。電力市場改革體現(xiàn)了中共中央、國務院對電力系統(tǒng)效率和經濟性的高度重視,為我國電力工業(yè)的發(fā)展翻開了嶄新的一頁,也帶來前所未有的機遇。

                在電力市場設計、運營和監(jiān)管中,仍需時時將電力系統(tǒng)安全性作為考慮的前提。在電力市場中的非商業(yè)性環(huán)節(jié),應充分重視計劃方式(包括政府干預和電網的計劃管理)的作用,讓計劃這只“看得見的手”和市場這只“看不見的手”分工協(xié)作,取長補短,充分發(fā)揮我國電力行業(yè)公有制為主體和社會主義市場經濟體制的優(yōu)越性。

                具體來說,在安全性占主導的場合、自然壟斷和公共服務環(huán)節(jié),適合引入計劃管理;在經濟性占主導(效率優(yōu)先)的場合,則適合采用市場調節(jié);有些環(huán)節(jié)處于兩者之間,則應依具體情況而定。有效市場和有為政府應明確各自的合理邊界。只有讓政府管理做好公共服務、確保電網安全,才能讓市場交易更加自由和流暢,在資源配置中真正起決定性作用。

                建設分層集群的新型電力系統(tǒng)

                電力與能源的生產、傳輸、消費往往需要通過各種類型的網絡來進行,如電網、熱網、燃氣網等。由于本質上這些網絡傳遞的都是能量,只是表現(xiàn)形式不同,所以統(tǒng)稱為能量網絡。能量網絡包含不同類型能源的子網(電網、熱網、燃氣網等),而各種子網之間又通過能量轉換設備(比如發(fā)電機、泵、空調和熱水器等)相連。

                由于信息通信技術(information communication technology,ICT)的飛速發(fā)展,在物理層面的能量網絡的基礎上,又可建立基于傳統(tǒng)自動化、互聯(lián)網技術和“云大物移智鏈”等新興技術的信息網絡,以對能源生產、儲運和利用設備進行調控。而電力與能源商品在實際運行的交易及價值傳遞則形成價值網絡。價值網絡是電力與能源價格體系的基礎,并且受能量網絡的物理規(guī)律制約。因此,新型能源體系與新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)出“能量—信息—價值”三層網絡架構的形態(tài),這三層網絡是緊密耦合、相互關聯(lián)的。

                在新型電力系統(tǒng)中,風、光等可再生清潔能源將處處存在,意味著電源將遍布于整個電力系統(tǒng),電力系統(tǒng)形態(tài)結構將發(fā)生重大變化。天津大學余貽鑫院士等提出分層分群電網體系結構,即“將系統(tǒng)分解為群集(clusters)的層次結構和全局協(xié)調”和“每個集群(cluster)都保持自己的凈功率平衡和局部自優(yōu)化”。為清晰起見,本文將具有這種結構特征的電力系統(tǒng)稱為“分層集群的新型電力系統(tǒng)”,并進一步探討其運行與控制問題。

                分層集群的新型電力系統(tǒng)也呈現(xiàn)出“能量—信息—價值”三層網絡架構并與其他能源系統(tǒng)緊密相連。分層集群的新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃與運行問題可以分為物理機理(“能量網絡”層面)、運行控制(“信息網絡”層面)和市場交易(“價值網絡”層面)三個層面的問題,是典型的多學科交叉問題,需要通過多學科、多行業(yè)的聯(lián)合攻關來解決。

                在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中,大容量發(fā)電機組往往建在一次能源資源富集的地區(qū),并通過超/特高壓遠距離輸電技術輸送到負荷中心。而從傳統(tǒng)電網至未來新型電力系統(tǒng)的轉變過程,根據國家“雙碳”目標和保障能源安全的要求,傳統(tǒng)能源的逐步退出必須在新能源安全可靠替代的基礎上,隨著低碳、無碳能源與負荷的滲透率的逐步提升,電力系統(tǒng)轉型將是一個先立后破的過程。

                在電力系統(tǒng)轉型過程中,電力企業(yè)與其他市場主體將逐步提升分布式電源在電力系統(tǒng),尤其是在用戶側與配電網的利用率,發(fā)展分布式智能電網。這意味著配電網的形態(tài)和功能將會發(fā)生重大變化,特別是分布式電源、電動汽車、儲能、柔性負荷等將大量接入。

                以光伏發(fā)電為例,我國光伏裝機總量呈逐年快速遞增的趨勢。從2016年至今,新增和累計裝機容量均為全球第一。為使在廣大沙漠、荒漠、工礦廢棄地、農村地區(qū)發(fā)展的光伏生態(tài)、農光互補皆能實現(xiàn)穩(wěn)定供能,應提高其靈活性與便利性,大幅降低對現(xiàn)有發(fā)電與輸配電設備規(guī)劃與運行的影響。
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