新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)“三多”特征

●林志波

目前，我國能源電力行業(yè)正在進(jìn)行如火如荼的低碳轉(zhuǎn)型。南方電網(wǎng)公司可再生能源裝機(jī)量占比在2021年底達(dá)到49.2%，清潔能源占比達(dá)到54.54%，與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)表現(xiàn)為多元電源支撐，其電網(wǎng)形態(tài)也將逐步轉(zhuǎn)化為大電網(wǎng)與分布式微網(wǎng)并舉的供需耦合機(jī)制。多元的負(fù)荷類型促使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向著雙向多態(tài)、互動(dòng)與協(xié)作方向發(fā)展?？傮w而言，新型電力系統(tǒng)表現(xiàn)為如下三個(gè)特征——

多能互補(bǔ)特征打破新能源發(fā)展瓶頸

新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展是能源行業(yè)的重大變革，實(shí)現(xiàn)綠色低碳是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的根本目標(biāo)。在新型電力系統(tǒng)中，多能互補(bǔ)意味著源側(cè)由多種能源的簡單疊加過渡為基于復(fù)雜多能流網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的多種能源聯(lián)動(dòng)性、系統(tǒng)性的大時(shí)空尺度優(yōu)化配置，而負(fù)荷側(cè)也變?yōu)榱丝蓾M足用戶電—?dú)狻獰帷涠嘣枨蟮膮^(qū)域綜合能源系統(tǒng)。

源側(cè)：一次能源在大時(shí)空尺度下的優(yōu)化配置

就電源側(cè)而言，在新型電力系統(tǒng)的多能互補(bǔ)體系下，水力發(fā)電的定位會(huì)由電量為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿萘恐螢橹鳎酉聛淼陌l(fā)展重點(diǎn)是增強(qiáng)抽水蓄能電站在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)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(fēng)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(shí)現(xiàn)風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化開發(fā)，是解決光伏與風(fēng)能發(fā)電的波動(dòng)性與隨機(jī)性問題、形成各類可再生能源協(xié)調(diào)發(fā)展的重要措施，推動(dòng)西南水資源豐富地區(qū)能源清潔化、綠色化的進(jìn)一步轉(zhuǎn)型。

光伏發(fā)電也向著發(fā)電主力軍的身份轉(zhuǎn)變，逐漸成為“雙碳”目標(biāo)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(fù)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(xué)校、醫(yī)院等公共建筑相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)綠色能源的就地消納。

與光伏發(fā)電相似，風(fēng)力發(fā)電在“雙碳”背景下，也會(huì)進(jìn)入加速發(fā)展階段。隨著低風(fēng)速風(fēng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)投資積極性的提高，分散式風(fēng)電已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的大趨勢。分散式風(fēng)電布局可突破土地資源稀缺、風(fēng)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(shù)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵。在目前風(fēng)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(shù)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(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定因素，從而保障電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。提高核能在新型電力系統(tǒng)中的比重對保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定目標(biāo)、提高電網(wǎng)對可再生能源的消納能力具有重要且深遠(yuǎn)的意義。

大力推進(jìn)火力發(fā)電技術(shù)的革新對于新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建同樣具有重要意義。作為保障電網(wǎng)韌性與可靠性的重要組成部分，進(jìn)行火電機(jī)組的靈活性改造以及碳捕獲技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。煤炭發(fā)電與碳捕獲、利用及封存技術(shù)(CCUS)相結(jié)合，是有效解決工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域二次利用溫室氣體的有效措施，對推動(dòng)鋼鐵化工行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型和零碳排放目標(biāo)意義重大。

荷側(cè)：電—?dú)狻獰帷渚植繀^(qū)域多能協(xié)同

對于電力系統(tǒng)的負(fù)荷側(cè)而言，具有多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化特點(diǎn)的區(qū)域負(fù)荷綜合能源技術(shù)，能夠滿足局部區(qū)域呈多樣化特點(diǎn)的能源需求，對提高電能質(zhì)量以及節(jié)約用戶用電成本具有現(xiàn)實(shí)價(jià)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(bǔ)。一方面，以新型電力系統(tǒng)為主要框架，實(shí)現(xiàn)電、氣、熱、冷、氫等各類應(yīng)用場景的融合互補(bǔ)，將有效解決風(fēng)電、光伏發(fā)電以及小型水電等新能源接入電網(wǎng)所帶來的波動(dòng)性與隨機(jī)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(wǎng)中能量流與信息流的深度融合，將加快促進(jìn)傳統(tǒng)耗能工業(yè)架構(gòu)中源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)分離的身份，向綠色低碳新型電力系統(tǒng)中集“產(chǎn)銷儲(chǔ)”等功能多位一體角色的轉(zhuǎn)型。多能互補(bǔ)系統(tǒng)中能源供應(yīng)、消費(fèi)與儲(chǔ)存相互融合，推動(dòng)局部區(qū)域能源走向供需儲(chǔ)縱向一體化。

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(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的協(xié)調(diào)生產(chǎn)，能源產(chǎn)業(yè)“產(chǎn)銷儲(chǔ)”逐步呈現(xiàn)分布式、分散化、去中心化的綜合協(xié)調(diào)生產(chǎn)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(wǎng)形態(tài)：“主+微”電網(wǎng)協(xié)同，適應(yīng)一次能源

在電網(wǎng)形態(tài)方面，新型電力系統(tǒng)電網(wǎng)形態(tài)呈現(xiàn)特高壓主電網(wǎng)與微電網(wǎng)、局域網(wǎng)的融合發(fā)展，交流大電網(wǎng)與交直流配電網(wǎng)共存等顯著特征。而傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度所表現(xiàn)出的“源隨荷動(dòng)、只調(diào)整集中式發(fā)電”特征，也逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)于新型電力系統(tǒng)的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化轉(zhuǎn)變”。微電網(wǎng)這一概念的提出有兩個(gè)目的，一是實(shí)現(xiàn)分布式能源的就近消納，節(jié)省輸變電投資和運(yùn)行費(fèi)用；二是可以與主電網(wǎng)互為補(bǔ)充，減小電網(wǎng)容量，提高供電可靠性。

微電網(wǎng)的建立可以進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)對新能源的消納能力，推動(dòng)可再生電力的長遠(yuǎn)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(wǎng)可以進(jìn)一步協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的關(guān)系，適時(shí)引導(dǎo)新能源的就地高效率消納，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷供能的多能互補(bǔ)，提升新能源電力的利用效率。

另一方面，微電網(wǎng)可以改善新能源并入電網(wǎng)方式、提升電力系統(tǒng)的供電可靠性、降低電網(wǎng)能量傳輸損耗。與新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)的方式相比，微電網(wǎng)可以將新能源電能以分散式、小容量的方式接入電網(wǎng)，并通過微電網(wǎng)內(nèi)的電力負(fù)荷進(jìn)行就地消納，彌補(bǔ)大電網(wǎng)安全性不足的問題。微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的平行運(yùn)行狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)部的功率平衡控制，系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、故障檢測以及電能質(zhì)量管理，在應(yīng)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(zāi)能力以及實(shí)現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置方面具有重要作用。與此同時(shí)，微電網(wǎng)可以在不停電的情況下與主電網(wǎng)進(jìn)行無縫銜接，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)連接處的電力交換與資源釋放，進(jìn)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(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過充分利用現(xiàn)有密集變電站作為基本資源，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站、數(shù)據(jù)中心、光伏電站以及北斗地基增強(qiáng)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(diǎn)眾多，地域分布范圍廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，變電站的分布范圍已經(jīng)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(diǎn)，可以充分與國民生產(chǎn)生活相融合。利用現(xiàn)有變電站的資源價(jià)值，依托站內(nèi)空間，充分整合目前市場及業(yè)務(wù)的需求，建立能源數(shù)據(jù)中心、電力儲(chǔ)存中心以及信息交互中心，形成能源流、信息流與數(shù)據(jù)流充分交互，對于推動(dòng)電網(wǎng)業(yè)務(wù)，助力相關(guān)行業(yè)發(fā)展新基建，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)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(shù)以及信息采集技術(shù)的基礎(chǔ)上，對所包含的廣域空間范圍內(nèi)的新能源發(fā)電模塊、分布式負(fù)荷模塊以及儲(chǔ)能模塊間的信息進(jìn)行深度融合，以實(shí)現(xiàn)對分布式資源生產(chǎn)、消納及儲(chǔ)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(yùn)行來說，虛擬電廠技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)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(yùn)用。隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建以及隨機(jī)性、波動(dòng)性巨大的新能源電力并入主電網(wǎng)，虛擬電廠技術(shù)對于降低分布式電源的調(diào)度難度，和配電管理趨于合理有序等方面具有重要作用。

多元互動(dòng)特征產(chǎn)消者進(jìn)一步涌現(xiàn)

新型電力系統(tǒng)下，電網(wǎng)負(fù)荷逐漸向多元化發(fā)展，其中電動(dòng)汽車服務(wù)以及分布式光伏發(fā)電將進(jìn)一步占據(jù)可再生能源市場，提升用戶對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，促進(jìn)電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同化發(fā)展。

一級市場：多元互動(dòng)、產(chǎn)消融合

在“雙碳”目標(biāo)下，以新能源為動(dòng)力來源的電動(dòng)汽車和其他分布式儲(chǔ)能型產(chǎn)品將進(jìn)一步占據(jù)能源市場，推動(dòng)新型電力系統(tǒng)負(fù)荷的多元化發(fā)展。新型電力系統(tǒng)受到具有較大波動(dòng)性與隨機(jī)性特征的新能源接入影響，發(fā)電側(cè)的調(diào)節(jié)靈活度降低，因此需要配套建設(shè)大量的儲(chǔ)能設(shè)施。一方面，電動(dòng)汽車、充電樁以及分布式光伏發(fā)電的出現(xiàn)為提升用戶側(cè)對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，為實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同提供了重要契機(jī)。另一方面，隨著多元負(fù)荷以及分布式儲(chǔ)能的大量并網(wǎng)，能源消費(fèi)者的身份也從單純的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)榱司哂须娋W(wǎng)雙向調(diào)節(jié)能力的“產(chǎn)消者”。在能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的背景下，多元互動(dòng)、產(chǎn)消融合的新形態(tài)層出不窮，全新模型將不斷提升電網(wǎng)的網(wǎng)荷互動(dòng)能力以及需求響應(yīng)能力。

終端市場：V2G服務(wù)+分布式光伏

隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建與源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化工作的不斷推進(jìn)，發(fā)展電動(dòng)汽車服務(wù)成為推動(dòng)低成本、大規(guī)模分布式儲(chǔ)能建設(shè)的重要途徑。而“電動(dòng)汽車+充電樁”的組合，可以成為調(diào)節(jié)用電負(fù)荷、促進(jìn)新能源消納的有效途徑。根據(jù)國家相關(guān)部門預(yù)測，到2025年全國新能源汽車的保有量可以達(dá)到2500萬輛，其電能代替量可以達(dá)到1000億千瓦時(shí)，與之相應(yīng)的充電站與充電樁的建設(shè)，也將分別達(dá)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(yīng)用場景豐富等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎn)品及設(shè)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(jìn)一步提高區(qū)域內(nèi)可再生能源占比，成為未來局部智能微網(wǎng)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(dòng)性與隨機(jī)性對電網(wǎng)的穩(wěn)定控制與運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)，與此同時(shí)，與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻所對應(yīng)的輔助市場的形成對于調(diào)節(jié)電網(wǎng)出力、抑制可再生能源所造成的電網(wǎng)波動(dòng)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(jìn)可再生能源的深度消納，也可以為相應(yīng)的市場主體提供相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。對于未來輔助市場的規(guī)劃與發(fā)展，既要充分調(diào)動(dòng)相關(guān)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(yīng)的經(jīng)濟(jì)預(yù)期與回報(bào)也是不斷完善電力輔助市場的重要途徑。

具備“三多”特征的低碳清潔能源互聯(lián)網(wǎng)未來可期

碳中和碳達(dá)峰是全人類應(yīng)對氣候變化所提出的共同目標(biāo)，也是國家戰(zhàn)略。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)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(zhuǎn)型的步伐，另一方面能夠充分發(fā)揮其他行業(yè)電氣化進(jìn)程中的減排效益，助力工業(yè)、交通部門和全社會(huì)的深度脫碳。新型電力系統(tǒng)的形成伴隨著電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)和用戶側(cè)系統(tǒng)性的重組以及變革，而在變革過程中表現(xiàn)出了“多能互補(bǔ)、多態(tài)融合、多元互動(dòng)”的特點(diǎn)。在發(fā)電側(cè)，以新能源為主體的多能互補(bǔ)電力供給系統(tǒng)正在形成；在電網(wǎng)側(cè)，“主電網(wǎng)+微電網(wǎng)”的電網(wǎng)形態(tài)增強(qiáng)了新能源區(qū)域消納能力的同時(shí)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(shí)，數(shù)字電網(wǎng)也為網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)提供了堅(jiān)強(qiáng)保障；在負(fù)荷側(cè)，多元化的電網(wǎng)負(fù)荷促進(jìn)了以電能為核心的綜合能源消費(fèi)體系的初步構(gòu)建。未來，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建要以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展電力需求為首要目標(biāo)，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)和多能互補(bǔ)為支撐，構(gòu)建低碳清潔能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。