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新型电力系统发展前景展望

作者:中国储能网新闻中心 来源:南方能源观察 发布时间:2021-05-01 浏览:次
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吴宝英 南方电网能源发展研究院有限责任公司党委书记、董事长

构建以新能源为主体的新型电力系统是电力行业落实实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标的重要任务。未来,新型电力系统发输配用各环节的功能定位和特性将发生重大调整,系统的发展也将面临诸多挑战和需要研究解决的问题。

发电侧

以新能源为主体的电力供给体系加快形成

新能源逐步成为主体电源,电源装机规模大幅增长,新能源装机及发电量占比大幅提升。由于新能源容量替代率低,电源装机规模将以数倍于电力需求的速度增长。预计,2030年我国风电、光伏电装机15~17亿千瓦,发电量超2.7万亿千瓦时,占总发电量约25%。2060年,我国风电、光伏等新能源发电装机占比将达到70%以上,发电量占比60%以上,成为主体电源。根据规划,2030年南方五省区风电、光伏装机2.5亿千瓦,水电装机1.4亿千瓦,核电装机3700万千瓦,非化石能源装机占比提升至65%、发电量占比提升至61%。

电源结构发生重大调整。当前以火电为主的电源结构将发生根本性变化,煤电发展“双控”,占比逐步下降,但短期内火电仍将是主体电源。电化学储能逐步成为重要“电源”。

各类电源的定位作用发生转变。新能源从提供电量补充逐步成为提供电量支撑的主体电源。水电和核电仍然是保障电力电量供应的基础性电源。煤电将转为以提供电力为主、电量为辅的备用保障电源。气电主要作为调节性和保安电源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、紧急事故备用作用。储能在电源侧、电网侧、用户侧同步发展、共同作用,提供可信容量,平抑新能源随机性、间歇性,提升系统调相、调频等性能。

能源流随新能源资源优化调整,电源布局呈现多元。经济和能源逆向分布决定了我国“由西向东、自北向南”的总体能源流向,“电从远方来”是保障东中部和南方地区电力供应安全的重要手段。海上风能作为开发重点在沿海地区就近消纳,先进储能、氢能、小堆等技术进步,用户侧电源迅速发展,为“电从身边来”创造有利条件。新能源集中式与分布式开发齐头并进,“新能源﹢”等多元协调开发新模式不断涌现。

电源出力特性复杂多变。风电、光伏固有的间歇、波动出力特性,对电源侧出力特性影响加大,愈发呈现复杂、多变的不稳定态势。

电源运行调度协调难度加大。协调多点、多样、多变的电源与系统安全稳定、可靠供电的矛盾难度加大,系统响应速度要求更快,运行方式安排、运行调度控制更加困难,智能运行调度更加重要。

技术创新有望加快氢能、核聚变、可燃冰等其他新能源种类开发利用。可知条件下,仅靠风电光伏难以保障电力供需实时平衡和系统安全稳定运行,新能源开发应用技术研发力度加大,氢能、地热、核聚变能、可燃冰等有望成为新能源重要组成部分。

电网侧

数字电网是新型电力系统的核心

数字电网是新型电力系统的核心。数字电网依托强大的“电力﹢算力”,使电网具备超强感知能力、智能决策能力和快速执行能力,支撑新型电力系统安全高效运行。

电网优化资源配置平台作用更加突出。电力是可再生能源最为便捷高效的利用方式,云大物移智链、智能一体化调控、大容量直流输电、柔性互联与控制、新材料等技术将在电网中广泛应用,电网作为清洁能源资源优化配置平台的核心地位将不断增强。

网架结构更加多样复杂,逐步向“主干电网﹢中小型电网及微型电网”柔性互联形态发展。主网架向“合理分区、柔性互联、安全可控、开放互济”的形态转变,我国宜保持相对独立的多个区域电网、区域电网通过直流输电或柔性背靠背互联的大格局。跨区联网进一步加强,区域内各级电网协调均衡发展。配电网向交直流混合柔性电网﹢智能微电网等多种形式协同发展,促进分布式新能源高效就地消纳。

电网更加安全绿色智能高效。输电网防御事故风险的能力进一步提高,配电网更加稳定可靠,电网对新能源消纳支撑能力更强,各环节具备智能感知能力、实时监测能力和智能决策水平。

数字电网为网源荷互动提供坚强保障。随着分布式电源、储能、电动汽车等大量接入,综合能源、车网协同等服务多样化发展,需求响应、虚拟电厂等大范围应用,数字电网成为重要的网源荷互动平台。

数字电网推动能源网互联互通。数字电网以电能为纽带,以电力大数据为基础,以互联网技术为支撑,推动区域能源网络互联互通,实现能源优化互补。

需求侧

以电能为核心的

综合能源消费体系逐步建立

经济平稳向好﹢“新电气化”推动电力需求稳步增长,电能占终端能源消费比重大幅提升。我国经济稳中向好、长期向好、持续稳定发展,电力需求将稳定增长,增速前高后低,分布仍将呈现东部增量大、中西部增速快的特点。预计2035年前后全国电力需求总体达峰,东部地区将率先趋于饱和。终端用能电气化水平将大幅提升,预计,2030年我国电能占终端能源消费比重达33%;2060年我国工业、交通领域电气化有望提升至50%以上,建筑领域提升至75%以上,电能占终端能源消费比重达到60%以上。

负荷特性不确定性增大。三产及居民用电比重持续提升,扩大峰谷差和尖峰负荷规模。分布式电源、储能、虚拟电厂、电动汽车反向放电等逐步推广,部分负荷将由“纯用户”转变为“电力产消者”,平抑峰谷差。

能源利用效率逐年较大幅度提高。节约能源成为经济社会发展的重要考量,单位能耗持续下降。需求响应交易模式更加丰富,能源利用效益大幅提高。

从单一供用电模式向电热冷气综合能源模式转变。电网将与多种基础设施网络高度融合,从“源随荷动”向“源荷互动”的综合能源模式转变。

电力市场在平衡用电质量与用电成本中发挥重要作用。除保障性用户外,更多用户将直接或间接参与市场交易,以市场手段平衡好用户电能质量与成本之间的关系。

构建以新能源为主体的

新型电力系统面临的挑战

电力系统安全稳定风险增大。风光发电大规模替代常规机组将使系统总体有效惯量减小,抗扰动能力降低,电网承受较大潮流波动压力,频率控制难度加大。风光发电机组容易大规模脱网,引发严重的连锁故障,电力电子装置大量应用增加次同步振荡风险。

电力供应保障难度增加。风光发电“靠天吃饭”特征明显,电力支撑能力不足,影响供电可靠性。极端气候状况下,风光发电出力极不稳定甚至停机,加大电网供需失衡风险。

电源主体利益协调难度增加。新能源成为主体,将改变传统发电市场格局,煤电、气电等化石能源发电利用效率降低。

电力总成本提升。海上风电、光热等发电成本目前仍较高,新能源接入及跨区调剂需要加大电网投资,还需配套相当规模的调节性电源和兜底保障电源,电力总成本将提高。

新能源开发与生态环境保护的协调发展要求更高。大规模风光发电开发需要大量土地资源,对环境会产生一定消极影响,生态环境保护将是新能源开发的重要考量因素。

需要研究的重点课题

构建以新能源为主体的新型电力系统是一个复杂、渐进的系统工程,大量的技术、经济、机制、政策等课题需要研究:

理清全社会各行业、各领域承担的角色、责任及具体任务。

研究不同发展阶段合理电源结构,各类电源主体之间的利益平衡等。

研究“以新能源为主体”边界条件下,新能源发展对电力系统安全稳定、频率电压控制影响及解决方案。

研究抽水蓄能和储能的功能和作用,新能源与储能合理配比及储能发展方式等。

研究适应“双高”特征的电力系统并网、输电、调节、控制技术以及需求响应、虚拟电厂、碳捕捉封存与利用技术等。

研究建立适应新型电力系统的中长期电力市场、现货电能量市场、辅助服务市场、碳交易市场。

研究电力成本以及其与经济社会协调发展的关系。

研究“新电气化”总体发展规划,以及绿色工业、绿色建筑、绿色交通等重点领域再电气化实施路径。

加大力度研究氢能、核聚变、可燃冰等新能源品种开发应用,以及提高风光发电效能技术、设备等。

研究配套的制度、标准、机制、政策等。

(本文首发于中国电力报2021年4月26日第7881期第三版)

关键字:电力系统,储能

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