中國儲能網訊：目前，我國能源電力行業(yè)正在進行如火如荼的低碳轉型。南方電網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)表現為多元電源支撐，其電網形態(tài)也將逐步轉化為大電網與分布式微網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?？傮w而言，新型電力系統(tǒng)表現為如下三個特征——
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，實現綠色低碳是電力系統(tǒng)轉型發(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由多種能源的簡單疊加過渡為基于復雜多能流網絡協(xié)同的多種能源聯動性、系統(tǒng)性的大時空尺度優(yōu)化配置，而負荷側也變?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：一次能源在大時空尺度下的優(yōu)化配置
就電源側而言，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變?yōu)槿萘恐螢橹?，接下來的發(fā)展重點是增強抽水蓄能電站在電網調峰調頻中的作用，發(fā)揮其消納分布式新能源的優(yōu)勢?？紤]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、綠色化的進一步轉型。
光伏發(fā)電也向著發(fā)電主力軍的身份轉變，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給電力系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定因素，從而保障電網的安全平穩(wěn)運行。提高核能在新型電力系統(tǒng)中的比重對保障電網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定目標、提高電網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“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)的低碳轉型和零碳排放目標意義重大。
荷側：電-氣-熱-冷局部區(qū)域多能協(xié)同
對于電力系統(tǒng)的負荷側而言，具有多能互補、源網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，對提高電能質量以及節(jié)約用戶用電成本具有現實價值。
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、荷、儲分離的身份，向綠色低碳新型電力系統(tǒng)中集“產銷儲”等功能多位一體角色的轉型。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)融合意味著源網荷儲一體化的協(xié)調生產，能源產業(yè)“產銷儲”逐步呈現分布式、分散化、去中心化的綜合協(xié)調生產新趨勢，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)。
電網形態(tài)：“主+微”電網協(xié)同，適應一次能源
在電網形態(tài)方面，新型電力系統(tǒng)電網形態(tài)呈現特高壓主電網與微電網、局域網的融合發(fā)展，交流大電網與交直流配電網共存等顯著特征。而傳統(tǒng)電網調度所表現出的“源隨荷動、只調整集中式發(fā)電”特征，也逐步轉變?yōu)檫m應于新型電力系統(tǒng)的“源網荷儲一體化轉變”。微電網這一概念的提出有兩個目的，一是實現分布式能源的就近消納，節(jié)省輸變電投資和運行費用；二是可以與主電網互為補充，減小電網容量，提高供電可靠性。
微電網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，微電網可以進一步協(xié)調能源生產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，微電網可以改善新能源并入電網方式、提升電力系統(tǒng)的供電可靠性、降低電網能量傳輸損耗。與新能源大規(guī)模集中并網的方式相比，微電網可以將新能源電能以分散式、小容量的方式接入電網，并通過微電網內的電力負荷進行就地消納，彌補大電網安全性不足的問題。微電網與大電網的平行運行狀態(tài)，能實現電網內部的功率平衡控制，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電力資源優(yōu)化配置方面具有重要作用。與此同時，微電網可以在不停電的情況下與主電網進行無縫銜接，實現電網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，通過充分利用現有密集變電站作為基本資源，實現儲能電站、數據中心、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。據統(tǒng)計，變電站的分布范圍已經覆蓋了中國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生活相融合。利用現有變電站的資源價值，依托站內空間，充分整合目前市場及業(yè)務的需求，建立能源數據中心、電力儲存中心以及信息交互中心，形成能源流、信息流與數據流充分交互，對于推動電網業(yè)務，助力相關行業(yè)發(fā)展新基建，推動經濟發(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，以實現對分布式資源生產、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，虛擬電廠技術對于降低分布式電源的調度難度，和配電管理趨于合理有序等方面具有重要作用。
03
多元互動特征產消者進一步涌現
新型電力系統(tǒng)下，電網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)電將進一步占據可再生能源市場，提升用戶對電網的調節(jié)能力，促進電網源網荷儲協(xié)同化發(fā)展。
一級市場：多元互動、產消融合
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品將進一步占據能源市場，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)電側的調節(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)電的出現為提升用戶側對電網的調節(jié)能力，為實現源網荷儲協(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，能源消費者的身份也從單純的消費者轉變?yōu)榱司哂须娋W雙向調節(jié)能力的“產消者”。在能源互聯網建設的背景下，多元互動、產消融合的新形態(tài)層出不窮，全新模型將不斷提升電網的網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，可以成為調節(jié)用電負荷、促進新能源消納的有效途徑。根據國家相關部門預測，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)域內可再生能源占比，成為未來局部智能微網的重要組成部分。
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的穩(wěn)定控制與運行帶來挑戰(zhàn)，與此同時，與電網調峰調頻所對應的輔助市場的形成對于調節(jié)電網出力、抑制可再生能源所造成的電網波動起到重要作用。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濟補償，提高社會經濟效益。對于未來輔助市場的規(guī)劃與發(fā)展，既要充分調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網未來可期
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、負荷側和用戶側系統(tǒng)性的重組以及變革，而在變革過程中表現出了“多能互補、多態(tài)融合、多元互動”的特點。在發(fā)電側，以新能源為主體的多能互補電力供給系統(tǒng)正在形成；在電網側，“主電網+微電網”的電網形態(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，數字電網也為網荷儲協(xié)調互動提供了堅強保障；在負荷側，多元化的電網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，以滿足經濟社會發(fā)展電力需求為首要目標，以堅強智能電網為樞紐平臺，以源網荷儲互動和多能互補為支撐，構建低碳清潔能源互聯網，實現“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：南方電網產業(yè)投資集團有限責任公司
