中國儲能網(wǎng)訊：目前，我國能源電力行業(yè)正在進行如火如荼的低碳轉(zhuǎn)型。南方電網(wǎng)公司可再生能源裝機量占比在2021年底達到49.2%，清潔能源占比達到54.54%，與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)表現(xiàn)為多元電源支撐，其電網(wǎng)形態(tài)也將逐步轉(zhuǎn)化為大電網(wǎng)與分布式微網(wǎng)并舉的供需耦合機制。多元的負荷類型促使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向著雙向多態(tài)、互動與協(xié)作方向發(fā)展。總體而言，新型電力系統(tǒng)表現(xiàn)為如下三個特征——
01
多能互補特征打破新能源發(fā)展瓶頸
新型電力系統(tǒng)的建設和發(fā)展是能源行業(yè)的重大變革，實現(xiàn)綠色低碳是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的根本目標。在新型電力系統(tǒng)中，多能互補意味著源側(cè)由多種能源的簡單疊加過渡為基于復雜多能流網(wǎng)絡協(xié)同的多種能源聯(lián)動性、系統(tǒng)性的大時空尺度優(yōu)化配置，而負荷側(cè)也變?yōu)榱丝蓾M足用戶電-氣-熱-冷多元化需求的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)。
源側(cè)：一次能源在大時空尺度下的優(yōu)化配置
就電源側(cè)而言，在新型電力系統(tǒng)的多能互補體系下，水力發(fā)電的定位會由電量為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿萘恐螢橹鳎酉聛淼陌l(fā)展重點是增強抽水蓄能電站在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻中的作用，發(fā)揮其消納分布式新能源的優(yōu)勢。考慮到大規(guī)?；鹆Πl(fā)電將逐步退出，而風能與太陽能相較于水電受外部環(huán)境的影響更為顯著，利用水電輸送通道，實現(xiàn)風光水火儲一體化開發(fā)，是解決光伏與風能發(fā)電的波動性與隨機性問題、形成各類可再生能源協(xié)調(diào)發(fā)展的重要措施，推動西南水資源豐富地區(qū)能源清潔化、綠色化的進一步轉(zhuǎn)型。
光伏發(fā)電也向著發(fā)電主力軍的身份轉(zhuǎn)變，逐漸成為“雙碳”目標下的主要電能來源之一。分布式和集中式并舉的光伏布局方式，將大大提升東部及中部地區(qū)的電力負荷水平以及新能源消納水平，其靈活多變的布置方式，可與建筑、學校、醫(yī)院等公共建筑相結合，實現(xiàn)綠色能源的就地消納。
與光伏發(fā)電相似，風力發(fā)電在“雙碳”背景下，也會進入加速發(fā)展階段。隨著低風速風機技術的發(fā)展以及社會投資積極性的提高，分散式風電已經(jīng)成為風力發(fā)電行業(yè)的大趨勢。分散式風電布局可突破土地資源稀缺、風速低以及環(huán)保等條件限制，在我國中東南部地區(qū)將得到大力發(fā)展。
積極穩(wěn)妥地發(fā)展第四代核電技術是構建新型電力系統(tǒng)的另一個關鍵。在目前風電、光電等新能源存在受氣象因素影響巨大、發(fā)電效率相對低下等局限的背景下，第四代核電技術可以作為代替火力發(fā)電的基荷電源，緩解高比例新能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定因素，從而保障電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。提高核能在新型電力系統(tǒng)中的比重對保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定目標、提高電網(wǎng)對可再生能源的消納能力具有重要且深遠的意義。
大力推進火力發(fā)電技術的革新對于新型電力系統(tǒng)的構建同樣具有重要意義。作為保障電網(wǎng)韌性與可靠性的重要組成部分，進行火電機組的靈活性改造以及碳捕獲技術的開發(fā)和應用是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。煤炭發(fā)電與碳捕獲、利用及封存技術(CCUS)相結合，是有效解決工業(yè)生產(chǎn)領域二次利用溫室氣體的有效措施，對推動鋼鐵化工行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型和零碳排放目標意義重大。
荷側(cè)：電-氣-熱-冷局部區(qū)域多能協(xié)同
對于電力系統(tǒng)的負荷側(cè)而言，具有多能互補、源網(wǎng)荷儲一體化特點的區(qū)域負荷綜合能源技術，能夠滿足局部區(qū)域呈多樣化特點的能源需求，對提高電能質(zhì)量以及節(jié)約用戶用電成本具有現(xiàn)實價值。
局部區(qū)域綜合能源的核心特征之一，在于多能耦合、協(xié)同互補。一方面，以新型電力系統(tǒng)為主要框架，實現(xiàn)電、氣、熱、冷、氫等各類應用場景的融合互補，將有效解決風電、光伏發(fā)電以及小型水電等新能源接入電網(wǎng)所帶來的波動性與隨機性問題，顯著提高局部區(qū)域新能源供電的可靠性以及能源利用效率。另一方面，新型電網(wǎng)中能量流與信息流的深度融合，將加快促進傳統(tǒng)耗能工業(yè)架構中源、網(wǎng)、荷、儲分離的身份，向綠色低碳新型電力系統(tǒng)中集“產(chǎn)銷儲”等功能多位一體角色的轉(zhuǎn)型。多能互補系統(tǒng)中能源供應、消費與儲存相互融合，推動局部區(qū)域能源走向供需儲縱向一體化。
02
多態(tài)融合特征打造更多新場景、新業(yè)態(tài)
新型電力系統(tǒng)下的多態(tài)融合意味著源網(wǎng)荷儲一體化的協(xié)調(diào)生產(chǎn)，能源產(chǎn)業(yè)“產(chǎn)銷儲”逐步呈現(xiàn)分布式、分散化、去中心化的綜合協(xié)調(diào)生產(chǎn)新趨勢，并以此催生出了“多桿合一”“多站融合”等適用于多場景的新業(yè)態(tài)。
電網(wǎng)形態(tài)：“主+微”電網(wǎng)協(xié)同，適應一次能源
在電網(wǎng)形態(tài)方面，新型電力系統(tǒng)電網(wǎng)形態(tài)呈現(xiàn)特高壓主電網(wǎng)與微電網(wǎng)、局域網(wǎng)的融合發(fā)展，交流大電網(wǎng)與交直流配電網(wǎng)共存等顯著特征。而傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度所表現(xiàn)出的“源隨荷動、只調(diào)整集中式發(fā)電”特征，也逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應于新型電力系統(tǒng)的“源網(wǎng)荷儲一體化轉(zhuǎn)變”。微電網(wǎng)這一概念的提出有兩個目的，一是實現(xiàn)分布式能源的就近消納，節(jié)省輸變電投資和運行費用；二是可以與主電網(wǎng)互為補充，減小電網(wǎng)容量，提高供電可靠性。
微電網(wǎng)的建立可以進一步提升電力系統(tǒng)對新能源的消納能力，推動可再生電力的長遠發(fā)展。與傳統(tǒng)化石能源發(fā)電模式的長距離、大規(guī)模傳輸相比，微電網(wǎng)可以進一步協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)者與消費者之間的關系，適時引導新能源的就地高效率消納，實現(xiàn)對負荷供能的多能互補，提升新能源電力的利用效率。
另一方面，微電網(wǎng)可以改善新能源并入電網(wǎng)方式、提升電力系統(tǒng)的供電可靠性、降低電網(wǎng)能量傳輸損耗。與新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)的方式相比，微電網(wǎng)可以將新能源電能以分散式、小容量的方式接入電網(wǎng)，并通過微電網(wǎng)內(nèi)的電力負荷進行就地消納，彌補大電網(wǎng)安全性不足的問題。微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的平行運行狀態(tài)，能實現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)部的功率平衡控制，系統(tǒng)運行優(yōu)化、故障檢測以及電能質(zhì)量管理，在應急條件下可以成為重要電力用戶的供能保障，在提升電力系統(tǒng)抗震減災能力以及實現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置方面具有重要作用。與此同時，微電網(wǎng)可以在不停電的情況下與主電網(wǎng)進行無縫銜接，實現(xiàn)電網(wǎng)連接處的電力交換與資源釋放，進一步提升電力系統(tǒng)的能源供給穩(wěn)定性。
行業(yè)形態(tài)：“多站合一”、虛擬電廠融合
“多站合一”以變電站傳統(tǒng)結構為基礎，通過充分利用現(xiàn)有密集變電站作為基本資源，實現(xiàn)儲能電站、數(shù)據(jù)中心、光伏電站以及北斗地基增強站等功能單位的深度融合。目前的電力系統(tǒng)中，變電站布點眾多，地域分布范圍廣泛。據(jù)統(tǒng)計，變電站的分布范圍已經(jīng)覆蓋了中國88%的國土面積。另一方面，變電站還具有深入居民及工商業(yè)用電環(huán)境的特點，可以充分與國民生產(chǎn)生活相融合。利用現(xiàn)有變電站的資源價值，依托站內(nèi)空間，充分整合目前市場及業(yè)務的需求，建立能源數(shù)據(jù)中心、電力儲存中心以及信息交互中心，形成能源流、信息流與數(shù)據(jù)流充分交互，對于推動電網(wǎng)業(yè)務，助力相關行業(yè)發(fā)展新基建，推動經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。
虛擬電廠指的是在充分利用通訊技術以及信息采集技術的基礎上，對所包含的廣域空間范圍內(nèi)的新能源發(fā)電模塊、分布式負荷模塊以及儲能模塊間的信息進行深度融合，以實現(xiàn)對分布式資源生產(chǎn)、消納及儲存的綜合控制以及有效利用。對于電力市場以及其輔助市場的運行來說，虛擬電廠技術可以實現(xiàn)分布式能源的快速整合，突破地理區(qū)域的限制，有利于資源的優(yōu)化配置及合理運用。隨著新型電力系統(tǒng)的構建以及隨機性、波動性巨大的新能源電力并入主電網(wǎng)，虛擬電廠技術對于降低分布式電源的調(diào)度難度，和配電管理趨于合理有序等方面具有重要作用。
03
多元互動特征產(chǎn)消者進一步涌現(xiàn)
新型電力系統(tǒng)下，電網(wǎng)負荷逐漸向多元化發(fā)展，其中電動汽車服務以及分布式光伏發(fā)電將進一步占據(jù)可再生能源市場，提升用戶對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，促進電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲協(xié)同化發(fā)展。
一級市場：多元互動、產(chǎn)消融合
在“雙碳”目標下，以新能源為動力來源的電動汽車和其他分布式儲能型產(chǎn)品將進一步占據(jù)能源市場，推動新型電力系統(tǒng)負荷的多元化發(fā)展。新型電力系統(tǒng)受到具有較大波動性與隨機性特征的新能源接入影響，發(fā)電側(cè)的調(diào)節(jié)靈活度降低，因此需要配套建設大量的儲能設施。一方面，電動汽車、充電樁以及分布式光伏發(fā)電的出現(xiàn)為提升用戶側(cè)對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，為實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)同提供了重要契機。另一方面，隨著多元負荷以及分布式儲能的大量并網(wǎng)，能源消費者的身份也從單純的消費者轉(zhuǎn)變?yōu)榱司哂须娋W(wǎng)雙向調(diào)節(jié)能力的“產(chǎn)消者”。在能源互聯(lián)網(wǎng)建設的背景下，多元互動、產(chǎn)消融合的新形態(tài)層出不窮，全新模型將不斷提升電網(wǎng)的網(wǎng)荷互動能力以及需求響應能力。
終端市場：V2G服務+分布式光伏
隨著新型電力系統(tǒng)的構建與源網(wǎng)荷儲一體化工作的不斷推進，發(fā)展電動汽車服務成為推動低成本、大規(guī)模分布式儲能建設的重要途徑。而“電動汽車+充電樁”的組合，可以成為調(diào)節(jié)用電負荷、促進新能源消納的有效途徑。根據(jù)國家相關部門預測，到2025年全國新能源汽車的保有量可以達到2500萬輛，其電能代替量可以達到1000億千瓦時，與之相應的充電站與充電樁的建設，也將分別達到13萬座與1400萬根。
分布式光伏發(fā)電具有發(fā)電成本低、資源分布廣、應用場景豐富等優(yōu)點，是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。我國是全世界最大的光伏產(chǎn)品及設備制造國家，也是目前世界上最大的光伏市場。在新型電力系統(tǒng)中，分布式光伏發(fā)電將進一步提高區(qū)域內(nèi)可再生能源占比，成為未來局部智能微網(wǎng)的重要組成部分。
輔助市場的形成
可再生能源所具有的波動性與隨機性對電網(wǎng)的穩(wěn)定控制與運行帶來挑戰(zhàn)，與此同時，與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻所對應的輔助市場的形成對于調(diào)節(jié)電網(wǎng)出力、抑制可再生能源所造成的電網(wǎng)波動起到重要作用。因此，對于保障以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)而言，電力輔助市場具有戰(zhàn)略意義。它不僅能夠促進可再生能源的深度消納，也可以為相應的市場主體提供相應的經(jīng)濟補償，提高社會經(jīng)濟效益。對于未來輔助市場的規(guī)劃與發(fā)展，既要充分調(diào)動相關主體的積極性，使更多主體參與到電力輔助市場之中；另一方面，給予輔助市場參與主體相應的經(jīng)濟預期與回報也是不斷完善電力輔助市場的重要途徑。
04
具備“三多”特征的低碳清潔能源互聯(lián)網(wǎng)未來可期
碳中和碳達峰是全人類應對氣候變化所提出的共同目標，也是國家戰(zhàn)略。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)碳達峰碳中和最主要的舉措之一，它一方面能夠加快電力行業(yè)向清潔低碳轉(zhuǎn)型的步伐，另一方面能夠充分發(fā)揮其他行業(yè)電氣化進程中的減排效益，助力工業(yè)、交通部門和全社會的深度脫碳。新型電力系統(tǒng)的形成伴隨著電源側(cè)、負荷側(cè)和用戶側(cè)系統(tǒng)性的重組以及變革，而在變革過程中表現(xiàn)出了“多能互補、多態(tài)融合、多元互動”的特點。在發(fā)電側(cè)，以新能源為主體的多能互補電力供給系統(tǒng)正在形成；在電網(wǎng)側(cè)，“主電網(wǎng)+微電網(wǎng)”的電網(wǎng)形態(tài)增強了新能源區(qū)域消納能力的同時提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，成為了新型電力系統(tǒng)的核心，同時，數(shù)字電網(wǎng)也為網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動提供了堅強保障；在負荷側(cè)，多元化的電網(wǎng)負荷促進了以電能為核心的綜合能源消費體系的初步構建。未來，新型電力系統(tǒng)的構建要以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展電力需求為首要目標，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動和多能互補為支撐，構建低碳清潔能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)“雙碳”目標。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年06期，作者單位：南方電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)投資集團有限責任公司
