江蘇，正在不遺余力地加快實現(xiàn)高比例可再生能源電力系統(tǒng)。如何在保持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時，提升可再生能源的裝機和利用水平，是江蘇面臨的巨大挑戰(zhàn)。
芬蘭科技集團瓦錫蘭（W?rtsil?）和中國電力規(guī)劃設計總院（EPPEI）共同完成的電力系統(tǒng)建模顯示，江蘇能夠從增加可再生能源裝機以及提升電力系統(tǒng)的靈活性中受益，從而滿足日益增長的電力需求和實現(xiàn)碳排放目標。
瓦錫蘭發(fā)布的《中國江蘇正邁向高可再生能源的未來》白皮書，詳細說明了如何在保持系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的同時，構建大規(guī)?？稍偕茉凑系淖顑?yōu)途徑。白皮書指出，靈活的電力平衡能力，如燃氣內燃機（ICE）發(fā)電廠和儲能技術的應用，對于可再生能源并網及電網的穩(wěn)定可靠運行至關重要。
高比例可再生能源的挑戰(zhàn)
作為能源消費大省，江蘇正在迫切地調整能源結構和產業(yè)結構，以達成在全國率先實現(xiàn)“碳達峰”的目標?；茉聪M是江蘇碳排放的主要來源，因此大力發(fā)展可再生能源、降低化石能源消費的比重是江蘇實現(xiàn)“碳達峰”目標的關鍵所在。
目前江蘇省內電力裝機仍以煤電為主，但可再生能源裝機的比重正在逐年提升，江蘇同時也在積極引進區(qū)外清潔電力。
2018年底，江蘇煤電裝機7880萬千瓦，占全省總裝機的比重為62.3%，風電和光伏發(fā)電裝機2190萬千瓦，占比17.2%。而截至今年2月，江蘇風電和光伏發(fā)電的裝機已經達到3290萬千瓦，占全省總裝機的比例為23%。相比2018年，江蘇可再生能源占全省電力總裝機的比重提升了5.8%。
江蘇可再生能源仍有巨大的開發(fā)潛力，國家發(fā)改委能源研究所的研究顯示，江蘇風電理論上最大開發(fā)容量為9500萬千瓦（含海上風電2000萬千瓦），光伏發(fā)電9000萬千瓦。
根據(jù)國網江蘇電力“十四五”規(guī)劃，到2025年底，江蘇風電裝機將達到5200萬千瓦、光伏發(fā)電裝機將達到3800萬千瓦，兩者占全省發(fā)電總裝機的比重接近50%。
除了發(fā)展省內可再生能源，江蘇省也在提升區(qū)外清潔來電的比重，以滿足自身能源需求。2020年夏季，江蘇區(qū)外來電已經占到全省用電最高負荷的24%。
根據(jù)瓦錫蘭發(fā)布的《中國江蘇正邁向高可再生能源的未來》白皮書，其電力建模結果顯示，在化石能源方面，由于江蘇燃煤發(fā)電裝機容量保持不變，這一比例將繼續(xù)從2018年的高于60%下降到2030年的約20%-30%。燃氣發(fā)電裝機比例（包括非調峰燃氣輪機、調峰燃氣輪機和可調峰的靈活內燃機電站）則在不同情況下的差異很大。
在非化石能源方面，核電和抽水蓄能裝機容量變化不大，風電和太陽能發(fā)電的裝機容量將呈現(xiàn)顯著的增長。與2018年的23.6%相比，基準場景下非化石能源裝機容量比例達到30%，中等可再生能源場景下達到45%，高可再生能源場景下將達到56%。
根據(jù)白皮書，在高可再生能源場景下，碳排放將在2030年前達到峰值，碳排放強度將下降約45%，并將累計節(jié)約總成本近640億元人民幣。
大規(guī)?？稍偕茉床⒕W以及區(qū)外清潔來電是江蘇減少碳排放的重要手段，但也加劇了以煤電為主的電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。風電和光伏發(fā)電具有隨機性、波動性和間歇性特征，大規(guī)模并網會導致電力系統(tǒng)轉動慣量減少，影響電力系統(tǒng)的功率平衡和安全穩(wěn)定性。同時，區(qū)外來電由于不參與深度調峰，使得江蘇省內靈活性電源資源更為緊張。
上述白皮書指出，為滿足省內用電需求，江蘇省將重點發(fā)展燃氣發(fā)電、儲能、抽水蓄能和多種類型的可再生能源等。隨著低碳發(fā)電轉型進程的加快，大量可再生能源并網，不僅給江蘇電網保障供電帶來進一步壓力，對全省電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性也會構成一些挑戰(zhàn)。
破解之道
有專家曾指出，為了應對高比例可再生能源并網帶來的挑戰(zhàn)，可再生能源將承擔一部分負荷平衡的任務，傳統(tǒng)機組不再獨立滿足負荷。
而滿足可再生能源負荷平衡的關鍵在于提升電力系統(tǒng)的靈活調節(jié)能力?！办`活性電源對江蘇電力系統(tǒng)非常重要?！蓖咤a蘭中國市場發(fā)展總經理周秦聲表示，“江蘇可調節(jié)性水電裝機不多，在冬夏用電高峰電網峰谷差較大、需求波動劇烈及未來可再生能源出力越來越多時，靈活性電源尤其是燃氣內燃機發(fā)電可以發(fā)揮重要作用?！?
提升電力系統(tǒng)靈活性，是江蘇大規(guī)模接入可再生能源的重要保障。
按照白皮書建議，未來對電力的需求以及對系統(tǒng)運行可靠性和穩(wěn)定性的需要可以通過以下方式得到滿足：在電力系統(tǒng)中建設和并入大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電，以此來降低系統(tǒng)的成本，同時實現(xiàn)更加具有可持續(xù)性的能源生產；根據(jù)“減煤量”“等煤量”政策，提升燃煤電廠的靈活性；為可再生能源的并入和平衡，增加靈活的發(fā)電解決方案，包括高效的燃氣內燃機電站和電池儲能電站；增加所需的峰值容量，包括燃氣內燃機電站、燃氣輪機和電池儲能電站等。
“沒有足夠的激勵其實很難提升電力系統(tǒng)的靈活性?！敝芮芈曊J為，“現(xiàn)在很多省陸續(xù)出臺了調峰調頻市場交易規(guī)則，價格機制逐漸建立起來，市場運行機制能夠體現(xiàn)靈活性電源的價值?！?
為了提升靈活性電源參與輔助服務市場的積極性，江蘇也在不斷完善相關市場機制。江蘇陸續(xù)印發(fā)了《江蘇電力輔助服務（調峰）市場交易規(guī)則》《江蘇電力輔助服務（調頻）市場交易規(guī)則（試行）》，鼓勵儲能資源、大用戶參與電力輔助服務市場。今年春節(jié)期間，江蘇還進行了電力可調負荷輔助服務市場試運行，以挖掘用戶側調節(jié)負荷的潛力。
根據(jù)江蘇電力裝機特點，未來燃氣發(fā)電將主要承擔調峰作用。瓦錫蘭發(fā)布的白皮書指出，在低、中、高可再生能源情況下，燃煤發(fā)電仍將是發(fā)電結構的主要組成部分，并將繼續(xù)在保障基本負荷方面發(fā)揮著關鍵作用。當可再生能源比例增加時，燃氣發(fā)電更多起到調峰作用，隨著燃氣發(fā)電從基荷和中期價值向調峰應用的轉變，燃氣發(fā)電的使用時間也將相應減少。
到2030年，燃煤發(fā)電機組的年利用小時數(shù)在高可再生能源情況下為4224小時，在中等可再生能源情況下為5215小時，在基準（低可再生能源）情況下為5995小時。燃氣發(fā)電機組的利用小時數(shù)分別為641小時、817小時和1085小時。
對于煤電靈活性改造，周秦聲認為，煤電的靈活性是有限的，頻繁的啟停會增加機組的運行成本。如果電力系統(tǒng)內有更靈活的電源，煤電只需作為基荷而不需要深度參與輔助服務。
周秦聲表示，儲能的應用前景非常明朗，現(xiàn)在還需要快速降低成本，保障安全性。此外，靈活內燃機也具備平衡和快速響應能力，能夠應用于多種場景。
