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新型电力系统将呈现“三多”特征

作者:林志波 来源:中国电力企业管理 发布时间:2022-07-15 浏览:

中国储能网讯:目前,我国能源电力行业正在进行如火如荼的低碳转型。南方电网公司可再生能源装机量占比在2021年底达到49.2%,清洁能源占比达到54.54%,与传统的电力系统相比,新型电力系统表现为多元电源支撑,其电网形态也将逐步转化为大电网与分布式微网并举的供需耦合机制。多元的负荷类型促使传统电力系统向着双向多态、互动与协作方向发展。总体而言,新型电力系统表现为如下三个特征——

01

多能互补特征打破新能源发展瓶颈

新型电力系统的建设和发展是能源行业的重大变革,实现绿色低碳是电力系统转型发展的根本目标。在新型电力系统中,多能互补意味着源侧由多种能源的简单叠加过渡为基于复杂多能流网络协同的多种能源联动性、系统性的大时空尺度优化配置,而负荷侧也变为了可满足用户电-气-热-冷多元化需求的区域综合能源系统。

源侧:一次能源在大时空尺度下的优化配置

就电源侧而言,在新型电力系统的多能互补体系下,水力发电的定位会由电量为主逐渐转变为容量支撑为主,接下来的发展重点是增强抽水蓄能电站在电网调峰调频中的作用,发挥其消纳分布式新能源的优势。考虑到大规模火力发电将逐步退出,而风能与太阳能相较于水电受外部环境的影响更为显著,利用水电输送通道,实现风光水火储一体化开发,是解决光伏与风能发电的波动性与随机性问题、形成各类可再生能源协调发展的重要措施,推动西南水资源丰富地区能源清洁化、绿色化的进一步转型。

光伏发电也向着发电主力军的身份转变,逐渐成为“双碳”目标下的主要电能来源之一。分布式和集中式并举的光伏布局方式,将大大提升东部及中部地区的电力负荷水平以及新能源消纳水平,其灵活多变的布置方式,可与建筑、学校、医院等公共建筑相结合,实现绿色能源的就地消纳。

与光伏发电相似,风力发电在“双碳”背景下,也会进入加速发展阶段。随着低风速风机技术的发展以及社会投资积极性的提高,分散式风电已经成为风力发电行业的大趋势。分散式风电布局可突破土地资源稀缺、风速低以及环保等条件限制,在我国中东南部地区将得到大力发展。

积极稳妥地发展第四代核电技术是构建新型电力系统的另一个关键。在目前风电、光电等新能源存在受气象因素影响巨大、发电效率相对低下等局限的背景下,第四代核电技术可以作为代替火力发电的基荷电源,缓解高比例新能源并网给电力系统带来的不稳定因素,从而保障电网的安全平稳运行。提高核能在新型电力系统中的比重对保障电网系统的安全稳定目标、提高电网对可再生能源的消纳能力具有重要且深远的意义。

大力推进火力发电技术的革新对于新型电力系统的构建同样具有重要意义。作为保障电网韧性与可靠性的重要组成部分,进行火电机组的灵活性改造以及碳捕获技术的开发和应用是实现“双碳”目标的重要途径。煤炭发电与碳捕获、利用及封存技术(CCUS)相结合,是有效解决工业生产领域二次利用温室气体的有效措施,对推动钢铁化工行业的低碳转型和零碳排放目标意义重大。

荷侧:电-气-热-冷局部区域多能协同

对于电力系统的负荷侧而言,具有多能互补、源网荷储一体化特点的区域负荷综合能源技术,能够满足局部区域呈多样化特点的能源需求,对提高电能质量以及节约用户用电成本具有现实价值。

局部区域综合能源的核心特征之一,在于多能耦合、协同互补。一方面,以新型电力系统为主要框架,实现电、气、热、冷、氢等各类应用场景的融合互补,将有效解决风电、光伏发电以及小型水电等新能源接入电网所带来的波动性与随机性问题,显著提高局部区域新能源供电的可靠性以及能源利用效率。另一方面,新型电网中能量流与信息流的深度融合,将加快促进传统耗能工业架构中源、网、荷、储分离的身份,向绿色低碳新型电力系统中集“产销储”等功能多位一体角色的转型。多能互补系统中能源供应、消费与储存相互融合,推动局部区域能源走向供需储纵向一体化。

02

多态融合特征打造更多新场景、新业态

新型电力系统下的多态融合意味着源网荷储一体化的协调生产,能源产业“产销储”逐步呈现分布式、分散化、去中心化的综合协调生产新趋势,并以此催生出了“多杆合一”“多站融合”等适用于多场景的新业态。

电网形态:“主+微”电网协同,适应一次能源

在电网形态方面,新型电力系统电网形态呈现特高压主电网与微电网、局域网的融合发展,交流大电网与交直流配电网共存等显著特征。而传统电网调度所表现出的“源随荷动、只调整集中式发电”特征,也逐步转变为适应于新型电力系统的“源网荷储一体化转变”。微电网这一概念的提出有两个目的,一是实现分布式能源的就近消纳,节省输变电投资和运行费用;二是可以与主电网互为补充,减小电网容量,提高供电可靠性。

微电网的建立可以进一步提升电力系统对新能源的消纳能力,推动可再生电力的长远发展。与传统化石能源发电模式的长距离、大规模传输相比,微电网可以进一步协调能源生产者与消费者之间的关系,适时引导新能源的就地高效率消纳,实现对负荷供能的多能互补,提升新能源电力的利用效率。

另一方面,微电网可以改善新能源并入电网方式、提升电力系统的供电可靠性、降低电网能量传输损耗。与新能源大规模集中并网的方式相比,微电网可以将新能源电能以分散式、小容量的方式接入电网,并通过微电网内的电力负荷进行就地消纳,弥补大电网安全性不足的问题。微电网与大电网的平行运行状态,能实现电网内部的功率平衡控制,系统运行优化、故障检测以及电能质量管理,在应急条件下可以成为重要电力用户的供能保障,在提升电力系统抗震减灾能力以及实现电力资源优化配置方面具有重要作用。与此同时,微电网可以在不停电的情况下与主电网进行无缝衔接,实现电网连接处的电力交换与资源释放,进一步提升电力系统的能源供给稳定性。

行业形态:“多站合一”、虚拟电厂融合

“多站合一”以变电站传统结构为基础,通过充分利用现有密集变电站作为基本资源,实现储能电站、数据中心、光伏电站以及北斗地基增强站等功能单位的深度融合。目前的电力系统中,变电站布点众多,地域分布范围广泛。据统计,变电站的分布范围已经覆盖了中国88%的国土面积。另一方面,变电站还具有深入居民及工商业用电环境的特点,可以充分与国民生产生活相融合。利用现有变电站的资源价值,依托站内空间,充分整合目前市场及业务的需求,建立能源数据中心、电力储存中心以及信息交互中心,形成能源流、信息流与数据流充分交互,对于推动电网业务,助力相关行业发展新基建,推动经济发展具有重要意义。

虚拟电厂指的是在充分利用通讯技术以及信息采集技术的基础上,对所包含的广域空间范围内的新能源发电模块、分布式负荷模块以及储能模块间的信息进行深度融合,以实现对分布式资源生产、消纳及储存的综合控制以及有效利用。对于电力市场以及其辅助市场的运行来说,虚拟电厂技术可以实现分布式能源的快速整合,突破地理区域的限制,有利于资源的优化配置及合理运用。随着新型电力系统的构建以及随机性、波动性巨大的新能源电力并入主电网,虚拟电厂技术对于降低分布式电源的调度难度,和配电管理趋于合理有序等方面具有重要作用。

03

多元互动特征产消者进一步涌现

新型电力系统下,电网负荷逐渐向多元化发展,其中电动汽车服务以及分布式光伏发电将进一步占据可再生能源市场,提升用户对电网的调节能力,促进电网源网荷储协同化发展。

一级市场:多元互动、产消融合

在“双碳”目标下,以新能源为动力来源的电动汽车和其他分布式储能型产品将进一步占据能源市场,推动新型电力系统负荷的多元化发展。新型电力系统受到具有较大波动性与随机性特征的新能源接入影响,发电侧的调节灵活度降低,因此需要配套建设大量的储能设施。一方面,电动汽车、充电桩以及分布式光伏发电的出现为提升用户侧对电网的调节能力,为实现源网荷储协同提供了重要契机。另一方面,随着多元负荷以及分布式储能的大量并网,能源消费者的身份也从单纯的消费者转变为了具有电网双向调节能力的“产消者”。在能源互联网建设的背景下,多元互动、产消融合的新形态层出不穷,全新模型将不断提升电网的网荷互动能力以及需求响应能力。

终端市场:V2G服务+分布式光伏

随着新型电力系统的构建与源网荷储一体化工作的不断推进,发展电动汽车服务成为推动低成本、大规模分布式储能建设的重要途径。而“电动汽车+充电桩”的组合,可以成为调节用电负荷、促进新能源消纳的有效途径。根据国家相关部门预测,到2025年全国新能源汽车的保有量可以达到2500万辆,其电能代替量可以达到1000亿千瓦时,与之相应的充电站与充电桩的建设,也将分别达到13万座与1400万根。

分布式光伏发电具有发电成本低、资源分布广、应用场景丰富等优点,是新型电力系统的重要组成部分。我国是全世界最大的光伏产品及设备制造国家,也是目前世界上最大的光伏市场。在新型电力系统中,分布式光伏发电将进一步提高区域内可再生能源占比,成为未来局部智能微网的重要组成部分。

辅助市场的形成

可再生能源所具有的波动性与随机性对电网的稳定控制与运行带来挑战,与此同时,与电网调峰调频所对应的辅助市场的形成对于调节电网出力、抑制可再生能源所造成的电网波动起到重要作用。因此,对于保障以新能源为主体的新型电力系统而言,电力辅助市场具有战略意义。它不仅能够促进可再生能源的深度消纳,也可以为相应的市场主体提供相应的经济补偿,提高社会经济效益。对于未来辅助市场的规划与发展,既要充分调动相关主体的积极性,使更多主体参与到电力辅助市场之中;另一方面,给予辅助市场参与主体相应的经济预期与回报也是不断完善电力辅助市场的重要途径。

04

具备“三多”特征的低碳清洁能源互联网未来可期

碳中和碳达峰是全人类应对气候变化所提出的共同目标,也是国家战略。构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰碳中和最主要的举措之一,它一方面能够加快电力行业向清洁低碳转型的步伐,另一方面能够充分发挥其他行业电气化进程中的减排效益,助力工业、交通部门和全社会的深度脱碳。新型电力系统的形成伴随着电源侧、负荷侧和用户侧系统性的重组以及变革,而在变革过程中表现出了“多能互补、多态融合、多元互动”的特点。在发电侧,以新能源为主体的多能互补电力供给系统正在形成;在电网侧,“主电网+微电网”的电网形态增强了新能源区域消纳能力的同时提升了电力系统的稳定性,成为了新型电力系统的核心,同时,数字电网也为网荷储协调互动提供了坚强保障;在负荷侧,多元化的电网负荷促进了以电能为核心的综合能源消费体系的初步构建。未来,新型电力系统的构建要以确保能源电力安全为基本前提,以满足经济社会发展电力需求为首要目标,以坚强智能电网为枢纽平台,以源网荷储互动和多能互补为支撑,构建低碳清洁能源互联网,实现“双碳”目标。

本文刊载于《中国电力企业管理》2022年06期,作者单位:南方电网产业投资集团有限责任公司

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关键字:新型电力系统

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