在過去十年中，風能和太陽能等間歇性可再生能源（VRE）的技術成本大幅度下降，為滿足發(fā)展中國家和中等收入國家的電力需求提供了一種具有成本效益的可持續(xù)手段。充分利用間歇性能源需要電網(wǎng)的大規(guī)模擴建和現(xiàn)代化，并實施針對間歇性可再生能源的技術、流程和要求，以逐步將電力系統(tǒng)轉變?yōu)?對間歇性可再生能源友好"的電網(wǎng)，從長遠來看這將顯著降低集成的成本。在應對技術和監(jiān)管挑戰(zhàn)能力有限的國家，對VRE消納提供技術支持的需求最大。為了滿足這一日益增長的需求，世界銀行能源部門管理援助項目（ESMAP）編制了一套技術指南，可以幫助世界銀行成員和客戶了解一些基本要求和現(xiàn)有的技術、監(jiān)管措施，在不損害電力平衡、可靠性或經(jīng)濟性的情況下，將大量VRE接入電網(wǎng)。技術指南由ESMAP間歇性可再生能源（VRE）融入電網(wǎng)支持計劃和全球可持續(xù)電力伙伴關系（GSEP）的聯(lián)合發(fā)布。全球可持續(xù)電力伙伴關系是一個非營利性國際組織，由全球電力行業(yè)的領先公司組成，這些公司通過在全世界發(fā)展中國家開展電力項目和人類建設活動推動能源事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
光伏系統(tǒng)主要構成
歐洲不同輸電運營商的P-Q樣本曲線
預計未來五年，全球每年太陽能和風能裝機增速將繼續(xù)加快，并有可能比目前在電力系統(tǒng)中所占份額至少增加一倍。目前可再生能源發(fā)電技術為可再生能源資源豐富的地區(qū)實現(xiàn)能源網(wǎng)絡電氣化提供了強有力的可選方案，而且由于初始投資成本的迅速降低，可再生能源發(fā)電在許多國家已經(jīng)成為最便宜的發(fā)電方式。為此，許多新興經(jīng)濟體已開始采取政策鼓勵該行業(yè)的發(fā)展，以實現(xiàn)可再生能源發(fā)電對其能源供應和當?shù)丨h(huán)境可能帶來的好處。太陽能和風能裝置的建造速度相對較快，這為快速增長的新興市場提供了主要動力，新興市場迫切需要電力，同時也有助于實現(xiàn)氣候變化承諾。
風機主體結構
陸上、海上風機接入示意圖
3型風機示意圖
然而，關鍵的挑戰(zhàn)問題是太陽能和風能固有的間歇性，這增加了整個電網(wǎng)運行的復雜性。電網(wǎng)運營商必須協(xié)調能源資源的間歇性、電網(wǎng)運行的可靠性以及成本最低的最佳性能之間的關系?？稍偕茉吹目焖贊B透，特別是高比例滲透，導致需要調整電力系統(tǒng)規(guī)劃方案，需要更好的預測方法，同時在電網(wǎng)管理中帶來了諸多挑戰(zhàn)，對VRE融入到電網(wǎng)中需要標準化和結構化流程來進行研究，以確保符合電網(wǎng)接入要求?；倦娋W(wǎng)接入服務現(xiàn)在變得與所有類型的發(fā)電機組相關，包括連接到中低電壓等級的間歇性可再生能源?，F(xiàn)代電力行業(yè)正在發(fā)生重構，有兩大趨勢：一是大幅增加的可再生能源；二是隨著管制放松，可供消費者選擇的高度可靠的能源供應商越來越多。然而，放松管制、開放能源供應側和多種能源供應等正在造成傳輸阻塞和強制停機的情況。電力行業(yè)的重構升級認為，無論能源供應商和消費者扮演什么角色，傳輸電網(wǎng)都是靈活、可靠的，并且對所有交易方開放。電網(wǎng)的現(xiàn)代化進程要求進一步提高電能質量、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和傳輸能力。電力系統(tǒng)運行與控制的新方法，正在試圖緩解負荷過載和實現(xiàn)高效可靠運行。高壓直流輸電（HVDC）和柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術對于改進電網(wǎng)運營和管理尤其有效。
VRE并網(wǎng)階段
越來越多的智能基礎設施使得數(shù)量不斷增加的需求側用戶參與到能量交易活動中來，從而有助于緩解可再生能源發(fā)電的波動性帶來的負面影響，這其中也伴隨著可再生能源技術和多能互補技術的發(fā)展，如儲能可以用于平滑可再生能源發(fā)電出力。各種各樣的終端能源技術不斷涌現(xiàn)，如電動汽車、熱泵和智能高效建筑，使電力系統(tǒng)具有更大的靈活性，并提高了對風能和太陽能的需求。這些技術有助于更好地利用間歇性可再生能源，但與此同時，它們也對整個電網(wǎng)的運行帶來了挑戰(zhàn)。這需要新的系統(tǒng)運行和規(guī)劃方法，以確保未來發(fā)展有助于實現(xiàn)清潔、可靠和經(jīng)濟的電力系統(tǒng)。縮短調度周期，同時對可再生能源發(fā)電進行更準確的短期預測，可以減少可再生發(fā)電的功率預測誤差，從而減少輔助服務需求。加上預測單元和隨機過程分析單元，可以有效處理不確定性。風電場可以負責提供頻率響應、慣性響應和調節(jié)（如果它們符合資格要求）。儲存技術開始逐步部署或納入提供輔助服務。頻率調節(jié)市場已經(jīng)吸引了越來越多的電池存儲和新的儲能應用方式，主要包括獎勵快速啟動和快速響應的資源，包括蓄電池。此外，還有一些創(chuàng)新，將間歇性可再生能源生產(chǎn)與旨在提高需求側響應速度的措施結合起來。新趨勢的好處和作用已得到認可，但尚未完全成熟和實現(xiàn)標準化。技術指南重點介紹經(jīng)過行業(yè)驗證的技術和方法，這些技術和方法已經(jīng)被廣泛采用，并在電力公用事業(yè)中繼續(xù)推廣應用。而在技術指南材料的適當位置還包含了一些已經(jīng)開始影響公用事業(yè)格局的VRE相關新技術的討論（例如，動態(tài)儲能、在故障電流限制裝置中實現(xiàn)超導材料、先進預測方法、風電場綜合慣性和調節(jié)響應）。
VRE融入電網(wǎng)的關鍵能力
風電和光伏的主要區(qū)別
風電和光伏的主要區(qū)別
技術指南中提供的信息是匯集了多方來源，以期作為世界銀行全體人員在實施VRE相關電力系統(tǒng)項目中的高階指導和快速參考。技術指南由以下4套子文檔組成，這些子文檔被確定為VRE實施的首要技術文件：
?間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的要求；
?支持間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的輔助設備；
?間歇性可再生能源發(fā)電廠的接入系統(tǒng)研究；
?利用預測系統(tǒng)降低成本，提高間歇性可再生能源的調度水平。
"間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的要求"文檔概述了VRE技術，并介紹了VRE的技術規(guī)范、適用標準和基本測試的一些建議。本文主要介紹了VRE電廠并網(wǎng)發(fā)電的基本要求。電網(wǎng)中不同水平的VRE滲透率決定了VRE融入電網(wǎng)的不同技術要求。但是，有些要求是通用的，并在任何情形下的電力系統(tǒng)VRE接入過程中需要重視的，例如對電網(wǎng)事件的調節(jié)和自動響應、電能質量、保護系統(tǒng)、預測和分析。本文將詳細討論基本和高級VRE并網(wǎng)對應的要求，以便為在不同成熟度的電網(wǎng)實施導則情形下的VRE項目都可以提供指導和參考。電網(wǎng)中的關鍵要求都匯總在了清單表中，可用于VRE的項目規(guī)劃、實施與聯(lián)網(wǎng)。通過一系列廣泛的互連研究（如穩(wěn)態(tài)分析、短路和斷路器負荷審查、動態(tài)穩(wěn)定性和設施）驗證了對技術要求和電網(wǎng)導則的遵守情況。
"支持間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的輔助設備"文檔概述了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）和其他輔助設備，并描述行業(yè)需求的基本特征，給出了適用標準、功能、應用程序和最低技術規(guī)格的建議。本文檔的主要目標是討論所有可用的FACTS技術，其基本概念包括獨立控制主動和無功功率流、FACTS設備的基本區(qū)別和優(yōu)點以及行業(yè)應用。詳細分析和總結了性能因素的分類和比較，以讓相關人員明確FACTS器件的發(fā)展方向和對電力系統(tǒng)的影響。FACTS設備的應用對這些方面有積極影響：系統(tǒng)容量、系統(tǒng)可靠性、電能質量、系統(tǒng)可控制性。FACTS的環(huán)境效益是通過推遲建造更昂貴的輸電線路和更好地利用現(xiàn)有系統(tǒng)資產(chǎn)而獲得的。
“間歇性可再生能源發(fā)電廠的接入系統(tǒng)研究”論述了可再生能源電廠穩(wěn)定接入系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的要求。這些要求因電廠規(guī)模大小、接入位置以及是輸電系統(tǒng)還是配電系統(tǒng)而異。對互連過程中開展研究的主要目的是成功地將VRE融入到電網(wǎng)中。以互聯(lián)互通新型間歇性可再生能源為目標的電力系統(tǒng)規(guī)劃，需要確保有足夠的能源資源和消納能力來互聯(lián)新的電源，并確?？煽亢透咝А４送?，這些研究還證實，有足夠的儲能和必要的系統(tǒng)資源有助于保障意外事故情形下的能源安全，如在發(fā)電機組、變壓器或輸電設施出現(xiàn)故障時。
"利用預測系統(tǒng)降低成本，提高間歇性可再生能源的調度水平"文檔討論了預測能力的需求和好處，以及預測能力如何與系統(tǒng)運營商和大規(guī)模VRE電廠變得更加相關。在電力系統(tǒng)實時運行之前的幾天、幾小時和幾分鐘的時間內預測太陽能發(fā)電或風力發(fā)電，可降低平衡成本，最大限度地減少VRE丟棄水平，提高系統(tǒng)可靠性，并最終提高VRE在能源結構中的滲透率。本文檔的主要目標側重于預測方法的類型以及如何利用物理和統(tǒng)計模型來制定短期和長期預測。良好的預測方法有助于縮小合同供電與實際供電之間的差距，降低發(fā)電機組的不平衡成本。從本質上講，有效的預測系統(tǒng)有助于使整個電力系統(tǒng)更接近于完全擇優(yōu)的調度系統(tǒng)，從而降低了間歇性發(fā)電供應的不確定性和成本。天氣預報方面的技術進步，加上越來越多的可再生能源歷史性能數(shù)據(jù)，大大提高了可再生能源發(fā)電的預測準確性，從而更有效地利用了間歇性可再生能源。
VRE接入電力系統(tǒng)要求
VRE并網(wǎng)關鍵要求清單
執(zhí)行摘要
如今，可再生能源發(fā)電技術正變得極具成本效益，因此，作為可利用可再生資源的地方進行電網(wǎng)電氣化的替代技術，其吸引力日益提高。許多新興經(jīng)濟體擁有優(yōu)良的可再生能源資源，并采取了鼓勵該行業(yè)發(fā)展的政策，以實現(xiàn)可再生能源發(fā)電對其能源供應和當?shù)丨h(huán)境可能帶來的好處。用于發(fā)電的可再生能源包括水力發(fā)電、地熱能和生物質能以及"間歇性"或"可變"可再生能源（VRE），如波浪和潮汐能、風能、太陽能光伏發(fā)電和集中太陽能發(fā)電。
本技術指南主要關注VRE，這是一種不可調度的能源，因為其波動取決于一天的季節(jié)和時間。與其他可再生能源不同，間歇性可再生能源完全依賴于大自然實時產(chǎn)生，無法儲存或調節(jié)大小。太陽能和風能是市場上最普遍、最成熟的VRE，由于其電力成本低、環(huán)境影響低，它們的建設和運營已經(jīng)產(chǎn)生了巨大效益。此外，太陽能和風能裝置的建造速度相對較快，通常在6~12個月內，這取決于發(fā)電廠的規(guī)模——這對快速增長的新興經(jīng)濟體來說非常重要，因為它們迫切需要電力。然而，VRE發(fā)電量的增加使得電網(wǎng)運營商在保持電網(wǎng)可靠性、優(yōu)化電網(wǎng)性能、電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電質量的同時，更難管理能源資源的波動。
可再生能源發(fā)電技術目前約占全球新增發(fā)電能力的一半?？稍偕茉醇夹g的快速發(fā)展對降低成本產(chǎn)生了重大影響，特別是太陽能和風能。如果光伏和風電技術價格相對于競爭電力源持續(xù)下跌，公用事業(yè)規(guī)模的可再生能源項目的市場滲透率可能繼續(xù)在全球呈上升趨勢。儲能技術的出現(xiàn)進一步提升了可再生能源市場的潛力及其在能源市場未來中的作用。
可再生能源大量滲透到電網(wǎng)中，給電網(wǎng)運營和管理帶來了挑戰(zhàn)，對VRE融入到電網(wǎng)提出了嚴格的要求，并需要更好地了解VRE技術，這需要調整電源系統(tǒng)規(guī)劃方法，認真考慮VRE的可變性。它還可能導致電氣行業(yè)的變化，例如對可再生能源發(fā)電廠的功能和性能的新要求、對具體和詳細技術規(guī)范的需求、更高水平的標準化以及改進電網(wǎng)連接方式以提高消納可再生能源的水平。
形成電網(wǎng)導則對于優(yōu)化實施、接入系統(tǒng)和VRE發(fā)電非常重要。但是，在電網(wǎng)導則仍在制定或尚未完全建立的國家/地區(qū)，分析將VRE發(fā)電融入到電網(wǎng)的要求也是合理的。針對VRE發(fā)電的系統(tǒng)要求取決于整個電源系統(tǒng)的電源現(xiàn)有和計劃的VRE比例。由于VRE在電源中的份額持續(xù)上升，VRE電廠不得不從它們替換的傳統(tǒng)發(fā)電機中接管越來越多的責任。基本的電網(wǎng)支持服務現(xiàn)在變得與所有類型的發(fā)電機組有關，包括VRE，它們通常以較低的電壓水平接入系統(tǒng)。
電網(wǎng)中不同等級的VRE滲透也決定了VRE融入電網(wǎng)的不同技術要求。但是，有些要求是通用的，并在任何情形下的電力系統(tǒng)VRE接入過程中需要重視的，例如對電網(wǎng)事件的調節(jié)和自動響應、電能質量、保護系統(tǒng)、預測和分析。本文將詳細討論基本和高級VRE并網(wǎng)對應的要求，以便為在不同成熟度的電網(wǎng)實施導則情形下的VRE項目都可以提供指導和參考。電網(wǎng)中的關鍵要求都匯總在了清單表（參見TABLE4.1：VRE融入電網(wǎng)基本要求清單）中，可用于VRE的項目規(guī)劃、實施與聯(lián)網(wǎng)。通過一系列廣泛的互連研究（如穩(wěn)態(tài)分析、短路和斷路器負荷審查、動態(tài)穩(wěn)定性和設施）驗證了對技術要求和電網(wǎng)導則的遵守情況。
本文檔還討論了通用的VRE技術，并就VRE技術規(guī)范、適用標準和關鍵測試提出了建議。所提供的資料是從各種信息匯集了多方來源，以期作為世界銀行全體人員在實施VRE相關電力系統(tǒng)項目中的高階指導和快速參考。
本技術指南經(jīng)常提到特定供應商的產(chǎn)品，以幫助讀者理解VRE融入電網(wǎng)的要求。但是，這些引用絕不是絕對的。相反，它們只是作為讀者了解一般主題的起點。列入對特定產(chǎn)品的提及并不是要反映其重要性。世界銀行不認定任何供應商、產(chǎn)品或服務。因此，此處以商品名稱、商標或制造商或其他方式提及的任何供應商、產(chǎn)品或服務，并不構成或暗示世界銀行的認可、建議或批準。
