中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
1 研究背景
隨著能源轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)，電力系統(tǒng)“雙高”特征更加顯著，逐漸由量變進(jìn)入質(zhì)變，跨入世界電力發(fā)展的“無(wú)人區(qū)”，傳統(tǒng)問(wèn)題持續(xù)累積，新的問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，亟需加快構(gòu)建與高比例新能源相匹配的新型電力系統(tǒng)，破除發(fā)展制約。
從平衡層面看，新能源固有的隨機(jī)性、趨同性隨著裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，供需雙側(cè)特性在各時(shí)間尺度上均不完全匹配，電力供應(yīng)由穩(wěn)定可控向“靠天吃飯”轉(zhuǎn)變。
從穩(wěn)定層面看，新能源和直流大量替代傳統(tǒng)同步電源，低慣量、弱支撐、低阻尼特性持續(xù)削弱系統(tǒng)穩(wěn)定物理基礎(chǔ)，常規(guī)N-1故障可能導(dǎo)致大規(guī)模新能源、多回直流連鎖故障。
從調(diào)節(jié)層面看，新能源潮汐式波動(dòng)特征引發(fā)電網(wǎng)潮流跨省區(qū)、跨電壓等級(jí)涌動(dòng)，增加電力系統(tǒng)保安全、保供應(yīng)、保消納難度。
新型電力系統(tǒng)構(gòu)建需遵循科學(xué)發(fā)展規(guī)律，通過(guò)多個(gè)五年規(guī)劃逐步建成?！笆逦濉笔菍?shí)現(xiàn)全社會(huì)碳達(dá)峰的戰(zhàn)略攻堅(jiān)期、電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵窗口期，起到承接與破局的歷史使命，需革新發(fā)展理念，提出應(yīng)對(duì)方法——統(tǒng)籌源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、技術(shù)、市場(chǎng)、政策等全要素，立足系統(tǒng)視角提出新的規(guī)劃理論，在規(guī)劃階段化解風(fēng)險(xiǎn)；明確未來(lái)破局所需的核心技術(shù)發(fā)展方向，降低轉(zhuǎn)型和發(fā)展成本，推動(dòng)電力系統(tǒng)發(fā)展行穩(wěn)致遠(yuǎn)。
2 論文解決問(wèn)題及意義
1）“轉(zhuǎn)型深水區(qū)面臨哪些卡點(diǎn)”。系統(tǒng)剖析了新型電力系統(tǒng)在供需平衡、安全穩(wěn)定、調(diào)節(jié)能力三大維度的挑戰(zhàn)，明確“十五五”規(guī)劃亟需化解的矛盾。
2）“如何構(gòu)建科學(xué)的規(guī)劃體系”。提出“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、技術(shù)、市場(chǎng)、政策”全要素協(xié)同規(guī)劃新理念，全面統(tǒng)籌“安全-保供-消納”三元邊界，從規(guī)劃源頭化解系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。
3）“技術(shù)革新的核心方向是什么”。明確六個(gè)重點(diǎn)攻關(guān)領(lǐng)域，形成覆蓋多類型電源、直流輸電、供用電、構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、仿真工具的全鏈條技術(shù)解決方案。
4）“研究成果的實(shí)踐價(jià)值何在”。為“十五五”電力行業(yè)發(fā)展提供頂層設(shè)計(jì)思路與可落地的實(shí)施路徑，支撐新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，服務(wù)能源強(qiáng)國(guó)建設(shè)，助力實(shí)現(xiàn)全社會(huì)碳達(dá)峰目標(biāo)。
3 論文重點(diǎn)內(nèi)容
1）新型電力系統(tǒng)發(fā)展面臨的三大挑戰(zhàn)。
①供需平衡難度增大。新能源置信出力水平不足，儲(chǔ)能電量搬移能力對(duì)平衡影響加大，平衡挑戰(zhàn)由晚峰電力缺口轉(zhuǎn)為“調(diào)節(jié)電量”缺口；送受端光伏發(fā)電“同質(zhì)化”，全網(wǎng)面臨“晚峰發(fā)不了、午間要不了”的挑戰(zhàn)；極端天氣趨于常態(tài)化，對(duì)源荷雙側(cè)影響顯著。
②安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)凸顯。新能源弱抗擾性帶來(lái)暫時(shí)性功率沖擊風(fēng)險(xiǎn)，沖擊規(guī)模呈擴(kuò)大趨勢(shì)；大直流和直流群加大系統(tǒng)永久性功率沖擊風(fēng)險(xiǎn)，送受端頻率穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)加??；系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平削弱，制約新能源接納能力；電力電子化設(shè)備引入新型功率沖擊，新型穩(wěn)定問(wèn)題不斷涌現(xiàn)。
③調(diào)節(jié)能力裕度不足。沙戈荒基地自身調(diào)節(jié)能力、系統(tǒng)整體調(diào)節(jié)能力需進(jìn)一步統(tǒng)籌；調(diào)峰受阻替代網(wǎng)架受阻成為新能源消納主要矛盾，并擴(kuò)展為全局性問(wèn)題；新能源出力快速波動(dòng)和電網(wǎng)潮流涌動(dòng)帶來(lái)持續(xù)高低頻風(fēng)險(xiǎn)，且隨新能源增加不斷加劇。
(a)各區(qū)域新能源出力箱線圖
(b)各區(qū)域新能源利用小時(shí)數(shù)箱線圖
圖1 新能源電力電量特性
2）“十五五”規(guī)劃新理念。
①優(yōu)化電源功能定位和規(guī)模布局，夯實(shí)電力保供物質(zhì)基礎(chǔ)。優(yōu)化各類電源定位，提升保供能力；以系統(tǒng)需求引領(lǐng)，補(bǔ)足各類電源支撐能力；按照“安全充?！痹瓌t超前研究極端天氣電力供應(yīng)保障能力。
②推動(dòng)交直流電網(wǎng)協(xié)同發(fā)展，發(fā)揮電網(wǎng)樞紐平臺(tái)作用。優(yōu)化加強(qiáng)交流網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提升電網(wǎng)適應(yīng)性；突破“主動(dòng)支撐型”直流技術(shù)，按照“解耦和支撐”原則實(shí)現(xiàn)交直流協(xié)同發(fā)展，破除“強(qiáng)直弱交”難題；堅(jiān)持全國(guó)一盤棋，統(tǒng)籌優(yōu)化中長(zhǎng)期電力流，做好送受協(xié)同、遠(yuǎn)近協(xié)同。
③加強(qiáng)負(fù)荷特性研判，強(qiáng)化供需雙側(cè)協(xié)同。深入分析發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)預(yù)測(cè)電力需求；考慮極端天氣影響，加強(qiáng)負(fù)荷特性研判；推動(dòng)可控負(fù)荷、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，加速形成供需協(xié)同格局。
④強(qiáng)化儲(chǔ)能作用發(fā)揮，推進(jìn)調(diào)節(jié)能力建設(shè)。以保障電力供應(yīng)為導(dǎo)向，明確系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量需求；發(fā)揮儲(chǔ)能快速爬坡能力，應(yīng)對(duì)新能源驟升驟降挑戰(zhàn)；強(qiáng)化儲(chǔ)能穩(wěn)定支撐能力，引入穩(wěn)定新要素。
⑤依托新技術(shù)破局，降低電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成本。以系統(tǒng)需求引領(lǐng)設(shè)備創(chuàng)新，提升電力電子技術(shù)對(duì)交流電的適配性；根據(jù)電網(wǎng)強(qiáng)度適配直流技術(shù)路線，滿足主動(dòng)支撐需求；引入不發(fā)/少發(fā)有功的穩(wěn)定新要素，釋放新能源消納空間；加強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)，避免調(diào)節(jié)問(wèn)題向穩(wěn)定問(wèn)題擴(kuò)展。
⑥通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制優(yōu)化資源配置，推動(dòng)規(guī)劃與運(yùn)行協(xié)同。以市場(chǎng)為核心進(jìn)行資源配置，高效配置平衡、穩(wěn)定、調(diào)節(jié)資源；通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制激活存量資源，降低系統(tǒng)綜合成本；以安全機(jī)組組合滿足系統(tǒng)支撐需要，守牢“雙高”安全底線；健全完善市場(chǎng)機(jī)制，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)保駕護(hù)航。
3）重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)方向。
①電源技術(shù)。煤電向“深調(diào)峰、快調(diào)節(jié)、強(qiáng)支撐、高效率、高韌性、低排放”的新一代煤電發(fā)展，水電推進(jìn)擴(kuò)機(jī)、增容、加裝大泵等改造；核電、氣電推進(jìn)靈活性提升。
②直流輸電技術(shù)。適配不同電網(wǎng)強(qiáng)度，發(fā)展柔直、SLCC、CLCC等多技術(shù)路線，研究弱支撐環(huán)境下孤島送出技術(shù)、構(gòu)網(wǎng)型運(yùn)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交直流解耦合和對(duì)系統(tǒng)的主動(dòng)支撐。
③供用電技術(shù)。構(gòu)建分布式資源聚合調(diào)控框架，解決與大電網(wǎng)的適配問(wèn)題，參與電網(wǎng)多時(shí)間尺度運(yùn)行，挖掘負(fù)荷時(shí)空轉(zhuǎn)移潛力。
④構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)。明確構(gòu)網(wǎng)設(shè)備“能量?jī)?chǔ)備、過(guò)流能力”物質(zhì)基礎(chǔ)，加強(qiáng)設(shè)備模型和控制參數(shù)管理，研究構(gòu)網(wǎng)型/跟網(wǎng)型設(shè)備配比、規(guī)模及布點(diǎn)問(wèn)題。
⑤長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。設(shè)計(jì)跨能源品種融合發(fā)展場(chǎng)景，發(fā)展氫儲(chǔ)能等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，應(yīng)對(duì)極端氣象下多時(shí)間尺度能量時(shí)移需求。
圖2 電源技術(shù)發(fā)展路線
圖3 構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)及控制管理
4）規(guī)劃工具迭代與模式升級(jí)。
①電氣計(jì)算工具升級(jí)與模式革新。加快仿真算法從機(jī)電暫態(tài)仿真向機(jī)電-電磁混合、全電磁暫態(tài)仿真升級(jí)；解決大直流、大基地和分布式新能源等電力電子設(shè)備精細(xì)化仿真問(wèn)題。
②生產(chǎn)模擬工具邏輯完善與功能擴(kuò)展。引入氣象和市場(chǎng)等新要素，為供需平衡提供概率化邊界；構(gòu)建分鐘級(jí)生產(chǎn)模擬模型，刻畫系統(tǒng)運(yùn)行全環(huán)節(jié)，評(píng)估多時(shí)間尺度調(diào)節(jié)缺口。
③考慮“三元邊界”的智能規(guī)劃工具構(gòu)建與應(yīng)用。統(tǒng)籌安全、保供、消納三元邊界，構(gòu)建深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，在新型電力系統(tǒng)規(guī)劃中補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定、平衡、調(diào)節(jié)要素。
圖4 運(yùn)行方式自動(dòng)計(jì)算框架及關(guān)鍵技術(shù)
圖5 面向新型電力系統(tǒng)的多層級(jí)生產(chǎn)模擬框架
圖6 考慮安全、保供、消納三元邊界的智能規(guī)劃方法
4 結(jié)論
系統(tǒng)梳理了我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展概況，分析了亟需關(guān)注的重大問(wèn)題，剖析了未來(lái)發(fā)展面臨的主要形勢(shì)；提出了涵蓋源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、技術(shù)、市場(chǎng)等全要素的規(guī)劃理念，通過(guò)綜合施策在規(guī)劃階段超前化解風(fēng)險(xiǎn)；明確了新技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)和應(yīng)用方向，突破發(fā)展制約、降低發(fā)展成本；通過(guò)加強(qiáng)仿真工具和能力建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特性和風(fēng)險(xiǎn)的深度認(rèn)知，有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)構(gòu)性矛盾。
未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)仍將以交流電為主體，同時(shí)新能源、直流等電力電子設(shè)備保持快速增長(zhǎng)，依托耦合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是必然之路。后續(xù)需進(jìn)一步明確能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中平衡、穩(wěn)定、調(diào)節(jié)之間的作用關(guān)系，剖析發(fā)展過(guò)程主要矛盾，破除安全-綠色-經(jīng)濟(jì)“能源不可能三角”，奠定新型電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展格局，服務(wù)能源強(qiáng)國(guó)建設(shè)。
