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如(rú)何實現高比例可(kě)再生(shēng)能源情景下的電力系統安全穩定運行?

  • 時間:2021-01-14 09:10:14浏覽量:4098來(lái)源:管理(lǐ)員(yuán)
  • 2020年(nián)新冠疫情爆發後,經濟活動暫時中斷,市場需求受到沖擊,社會生(shēng)産對能源的需求,人(rén)民(mín)生(shēng)活尤其是交通出行對能源的需求,都(dōu)因疫情而大(dà)幅降低。根據國(guó)際能源署的預測,2020年(nián)全球能源需求可(kě)能下滑5%,所有能源品種需求都(dōu)将受到影(yǐng)響,其中煤炭需求量預計(jì)下降7%,天然氣需求量預計(jì)下降3%,石油需求量預計(jì)下降8%。

    (文 | 作(zuò)者供職于龍源電力集團新能源發展研究中心)

    在能源生(shēng)産方面,由于電力需求下降及市場價格低迷,電力系統存在過剩的裝機(jī)容量,煤、油、氣機(jī)組普遍選擇降低電力生(shēng)産甚至關停。全球疫情沖擊供應鏈,很多技術(shù)和零部件(jiàn)生(shēng)産都(dōu)遭受到潛在的供應鏈瓶頸,人(rén)員(yuán)流動限制和物流交通限制産生(shēng)了更爲嚴重的影(yǐng)響。由于全球疫情沖擊的不斷反複,2020年(nián)下半年(nián)仍有大(dà)量原油庫存。

    在這個過程中,可(kě)再生(shēng)能源表現搶眼,以風(fēng)、光(guāng)爲代表的可(kě)再生(shēng)能源電力生(shēng)産和需求在能源結構中的比重逆勢增長,各國(guó)和地區的實踐都(dōu)體(tǐ)現出了可(kě)再生(shēng)能源高滲透率情景的市場可(kě)行性和技術(shù)可(kě)行性。全球電力結構正加速向低碳轉型邁進。

    可(kě)再生(shēng)能源發展是各國(guó)能源轉型的基本共識,但(dàn)以往社會普遍存在一個看(kàn)法,就(jiù)是在可(kě)再生(shēng)能源高滲透率的情景下,對電力靈活性和調節能力,以及電力市場交易等要求都(dōu)更高。

    當前,各國(guó)在能源轉型的過程中處于不同的曆史階段,但(dàn)無一例外的是,新冠疫情的影(yǐng)響加快(kuài)了各國(guó)能源低碳轉型的步伐。通過分(fēn)析上述國(guó)家和地區的電力系統安全穩定運行經驗,可(kě)以總結爲市場保障和技術(shù)保障。

    市場是優化配置的基礎

    電力市場健全的情況下,交易品種、交易類型、交易期限等更加靈活完善,可(kě)以爲電力商品提供更多交易選擇。越是完備的電力市場,越能克服信息不對稱等市場缺陷,越能夠更好地實現電力資源在更大(dà)範圍的優化配置。

    1. 開展跨省區電力市場交易

    我國(guó)電力生(shēng)産與電力消費的空間格局并不一緻,尤其是集中式可(kě)再生(shēng)能源發電項目主要集中在“三北”地區,而電力消費負荷中心多集中在東部和南(nán)部地區。空間的不匹配決定了我國(guó)跨省區電力交易市場的重要性。

    2020年(nián)上半年(nián),國(guó)家電網以市場化方式消納可(kě)再生(shēng)能源,制定了跨省區富餘可(kě)再生(shēng)能源現貨市場建設方案和規則。自(zì)2017年(nián)8月18日(rì)啓動的跨區域省間富餘可(kě)再生(shēng)能源電力現貨交易試點,已連續運行超過1000天,電力交易市場保持活躍,有效促進了可(kě)再生(shēng)能源在全國(guó)範圍的優化配置。

    青海省在2018-2020年(nián)連續三年(nián)實施了“綠電9日(rì)”“綠電15日(rì)”和“綠電100日(rì)”活動,這期間火(huǒ)電發電量占比很低,且全部以市場化手段送出省外,實現了100%使用綠色電力的目标,清潔能源發電量中也有将近1/3通過跨區交易外送。

    随着電力市場化改革的持續深化,電力市場交易規模不斷擴大(dà),通過挖掘省區間電力交易的潛力,創新多種新能源交易品種,擴大(dà)新能源省間交易規模,通過電力市場發揮調節功能,提升了新能源上網消納的比例。

    2. 拓寬可(kě)再生(shēng)能源市場需求

    可(kě)再生(shēng)能源已經成爲我國(guó)能源增量的主體(tǐ),但(dàn)“富煤貧油少氣”的能源特征決定了我國(guó)可(kě)再生(shēng)能源發展的現實困難,因此,爲了提高可(kě)再生(shēng)能源占比,在取代化石能源的同時,還(hái)要創造新的市場需求,其中數據中心就(jiù)是一個較好的選擇。

    我國(guó)數字經濟持續增長,已經成爲驅動我國(guó)經濟發展的核心力量之一。數據中心數量與機(jī)架數量劇(jù)增,電力需求增長迅猛,預計(jì)2020年(nián)數據中心用電總量将達到2023億千瓦時,占全社會用電總量的2.7%;2030年(nián)将突破4000億千瓦時,占全社會用電總量的3.7%。

    2020年(nián)5月,青海海南(nán)州大(dà)數據産業園投運,機(jī)架總規模達到10萬架,一年(nián)的耗電量爲57億度,接入電站(zhàn)185座,爲青海省新能源就(jiù)地消納提供了巨大(dà)的市場空間。2020年(nián)6月,阿裡(lǐ)巴巴張北雲計(jì)算基地綠色數據中心新能源微電網示範項目110千伏升壓站(zhàn)綜合樓主體(tǐ)工(gōng)程封頂。早在2012年(nián),廣東省就(jiù)建成了第一個100%依靠太陽能發電的數據中心,計(jì)算和驗證了在光(guāng)伏自(zì)供電條件(jiàn)下的數據中心全生(shēng)命周期内用電成本的經濟性。除此之外,麥當勞和蘋果公司等跨國(guó)公司都(dōu)提出100%使用綠電,陽光(guāng)電源也加入RE100(Renewable Energy 100)綠色倡議(yì)組織。這些舉措都(dōu)拓寬了可(kě)再生(shēng)能源的消費空間,助力全球能源低碳轉型。

    随着時代的進步,新生(shēng)事(shì)物層出不窮,把可(kě)再生(shēng)能源發展始終融入到新時代發展的進程中,是實現可(kě)持續發展目标的重要保障。

    3. 依托輔助服務市場的支持

    由于可(kě)再生(shēng)能源發電具有随機(jī)性、波動性和間歇性的特點,其大(dà)規模應用離(lí)不開調頻、調峰、調壓、備用、黑(hēi)啓動等輔助服務市場的支持。2016年(nián),葡萄牙以風(fēng)電爲主,抽水蓄能電站(zhàn)參與調峰,且包含了部分(fēn)燃氣電站(zhàn)發電,成功進行了全世界第一次全清潔能源持續供電107小時的實踐。2017年(nián),我國(guó)青海依靠優質調峰機(jī)組提供支撐,成功進行了全清潔能源持續供電168小時的實踐。

    2020年(nián),甘肅省依托輔助服務市場及需求側響應,深挖網内調峰能力,擴大(dà)新能源消納規模;貴州省通過深挖火(huǒ)電調峰潛力、預洩騰庫、科(kē)學攔洪、跨流域梯級水電聯合優化調度等措施,大(dà)力提升了貴州電網清潔能源發電占比;2020年(nián)上半年(nián),内蒙古充分(fēn)利用調峰輔助服務市場調節手段,累計(jì)開展省内調峰15次,省間調峰4次,新能源增發電量7335萬千瓦時,保障新能源消納空間。

    4. 實施電力用戶側需求響應

    電力用戶側需求響應是電力用戶根據價格信号變化等主動改變用電習慣,達到減少或推移某時段的用電負荷而響應電力供應,從(cóng)而保障電網安全穩定,是需求側管理(lǐ)的一種方式。通過用戶側需求響應,可(kě)以實現擴大(dà)清潔能源消納的目的。

    比如(rú),2019年(nián),青海省就(jiù)在“綠電15日(rì)”期間實施峰谷時間段互換“綠色套餐”的創新,積極引導負荷側30家企業157萬千瓦負荷參與響應,累計(jì)增加光(guāng)伏消納電量6582萬千瓦時。在實施綠電計(jì)劃期間,以電價爲杠杆,引導三江源地區蓄熱(rè)式電鍋爐作(zuò)爲用戶側儲能參與調峰,增加光(guāng)伏消納規模。

    總之,以上市場手段都(dōu)是建立在我國(guó)電力體(tǐ)制改革深化的基礎上。自(zì)2005年(nián)以來(lái),我國(guó)經曆了兩輪電力體(tǐ)制改革,目前改革已經取得(de)了巨大(dà)成就(jiù),數以萬計(jì)電力用戶直接參與電力交易,電力系統格局完全改變。無論是平台建設、市場規則還(hái)是監管機(jī)制,都(dōu)顯示出市場的開放(fàng)程度不斷提升。除了中長期交易,現貨試點正在緊鑼密鼓地開展,輔助服務等配套市場也在逐步探索與構建。正是依托于這些改革成就(jiù),我們能夠在遭受新冠疫情危機(jī)時,利用好市場化手段,保障在可(kě)再生(shēng)能源發電占比上升的情況下電力系統的安全穩定運行。

    技術(shù)讓電網安全穩定更有保障

    除了以上市場手段引導電力生(shēng)産和消費之外,還(hái)需要很多電力技術(shù)手段保障電力系統安全穩定運行。

    1. 儲能技術(shù)廣泛應用

    電力商品的特殊性決定了其生(shēng)産和消費的實時平衡,而儲能技術(shù)的應用破解了這種特殊性所帶來(lái)的限制,在能源低碳轉型的進程中,儲能技術(shù)能夠保障大(dà)規模集中式可(kě)再生(shēng)能源電力的消納,還(hái)能夠整合各種能源品類,結合交通、建築、工(gōng)業等,發展“能源+”的新業态,形成新的商業模式。

    青海省很早就(jiù)開始廣泛推廣應用儲能技術(shù),推進國(guó)家清潔能源示範省建設。2017年(nián)6月,青海省發改委發布當年(nián)的風(fēng)電開發建設方案,在全國(guó)首次提出風(fēng)電項目應該按照(zhào)建設規模的10%配套建設儲能裝置。後來(lái)由于商業模式不成熟,政策由強制改爲鼓勵。

    經過幾年(nián)的探索,受到儲能項目經濟性因素的制約,青海省突破性地提出并成功實踐了“共享儲能”的模式,截至2020年(nián)8月,基于區塊鏈的青海共享儲能交易累計(jì)成交1172筆,增發電量2624萬千瓦時,有力推動了新能源産業效益的提升。

    儲能技術(shù)的應用可(kě)以實現電力削峰填谷,促進可(kě)再生(shēng)能源消納,加快(kuài)源網荷儲友好互動系統建設,而且儲能系統成本正在随着商業化的進程逐漸下降。根據彭博新能源财經的數據顯示,目前就(jiù)實現日(rì)内削峰而言,在澳大(dà)利亞、歐洲、日(rì)本和中國(guó),新建的兩小時儲能系統已經具備與燃氣調峰電廠(chǎng)相(xiàng)當的成本競争力。

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