新型電力系統(tǒng)中可再生能源接入策略

摘" 要：新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建促進(jìn)了可再生能源的廣泛接入，但也帶來(lái)了電力系統(tǒng)運(yùn)行方面的一些挑戰(zhàn)?？稍偕茉吹牟▌?dòng)性和間歇性對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，同時(shí)也增加了電力調(diào)度和負(fù)荷平衡的難度。電力傳輸和分配問(wèn)題主要體現(xiàn)在可再生能源在不同地域的分布不均與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的適配性方面。此外，能源存儲(chǔ)技術(shù)和需求響應(yīng)的局限性限制了可再生能源的高效利用。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃、制定有效的調(diào)度策略、推動(dòng)分布式發(fā)電與微電網(wǎng)的發(fā)展以及充分利用靈活性資源成為能源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞：新型電力系統(tǒng)；可再生能源接入；電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

隨著全球能源轉(zhuǎn)型的深入，推動(dòng)可再生能源接入新型電力系統(tǒng)已成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要舉措。然而，盡管可再生能源具有綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，其波動(dòng)性和間歇性特征也給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建不僅要求電力網(wǎng)絡(luò)具備更高的智能化和靈活性，同時(shí)需要解決電力調(diào)度、傳輸分配及能源存儲(chǔ)等方面的技術(shù)難題。因此，研究如何科學(xué)規(guī)劃電網(wǎng)、優(yōu)化調(diào)度策略、發(fā)展微電網(wǎng)并利用靈活性資源，已成為推動(dòng)可再生能源高效接入電力系統(tǒng)的重要課題。

1.新型電力系統(tǒng)中可再生能源接入的挑戰(zhàn)

1.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題

在新型電力系統(tǒng)中，隨著可再生能源（如風(fēng)能、太陽(yáng)能）的接入，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題愈發(fā)突出。風(fēng)能與光伏發(fā)電具有波動(dòng)性與間歇性的特點(diǎn)，特別是當(dāng)風(fēng)速或者日照條件處于非平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，其發(fā)電量大幅波動(dòng)將對(duì)電網(wǎng)頻率與電壓產(chǎn)生較大影響[1]。在電力系統(tǒng)中，火力發(fā)電、水力發(fā)電等常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，能根據(jù)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整輸出功率以維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。而可再生能源因具有間歇性而無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)即時(shí)調(diào)節(jié)，從而給電網(wǎng)頻率與電壓帶來(lái)新的影響。頻率波動(dòng)、電壓不穩(wěn)等因素都會(huì)造成電力設(shè)備保護(hù)性停運(yùn)甚至大面積停電，特別是可再生能源占比較大的電力系統(tǒng)，風(fēng)電、光伏電源大規(guī)模并網(wǎng)很容易加重這一難題。為解決這一問(wèn)題，很多研究都提出增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性的解決方案，其中包括采用可調(diào)節(jié)負(fù)荷和快速響應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)和更智能的調(diào)度管理平臺(tái)等。另外，現(xiàn)代電力系統(tǒng)自適應(yīng)控制與智能化調(diào)度技術(shù)仍處于發(fā)展過(guò)程中，目前存在一些技術(shù)瓶頸，比如，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣候條件下、不同地區(qū)電網(wǎng)頻率、電壓等參數(shù)的精確控制，這些問(wèn)題需要先進(jìn)的算法與有效的計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行解決。

1.2電力調(diào)度與平衡問(wèn)題

可再生能源接入增加了電力調(diào)度的復(fù)雜性。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)發(fā)電和負(fù)荷的均衡一般取決于調(diào)度員根據(jù)需求預(yù)測(cè)所做出的安排，然而，在利用可再生能源的環(huán)境下，風(fēng)能、太陽(yáng)能等不可預(yù)測(cè)性給電力調(diào)度帶來(lái)了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)與發(fā)電計(jì)劃方法往往不能適應(yīng)實(shí)際工作中電力需求的急劇變化，特別是當(dāng)風(fēng)力、光伏發(fā)電強(qiáng)、弱時(shí)，電網(wǎng)經(jīng)常發(fā)生負(fù)荷失配，造成電力系統(tǒng)失穩(wěn)。為解決這一難題，必須對(duì)原有電力調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，如利用人工智能與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)提升電力需求與可再生能源發(fā)電量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，將實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)與歷史發(fā)電數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以一定程度減少使用風(fēng)能、太陽(yáng)能等帶來(lái)的不確定因素，從而提高調(diào)度效率。此方法雖然在技術(shù)上取得了進(jìn)步，但調(diào)度平臺(tái)更新改造仍然面臨著較大的投入與實(shí)施困難，特別是區(qū)域電網(wǎng)與國(guó)家級(jí)電網(wǎng)，如何將不同電力市場(chǎng)與調(diào)度機(jī)制進(jìn)行協(xié)調(diào)，以避免因市場(chǎng)不靈活而造成資源浪費(fèi)或者供應(yīng)不足仍然是需要解決的問(wèn)題。

1.3電力傳輸與分配問(wèn)題

可再生能源集中配置和用電需求中心不均衡配置的矛盾。我國(guó)風(fēng)能與光伏發(fā)電多分布于“三北”地區(qū)，電力消費(fèi)則以城市與工業(yè)園區(qū)為主，兩者距離不同增加了電力傳輸難度。既有輸電網(wǎng)絡(luò)一般都以傳統(tǒng)集中發(fā)電模式為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)構(gòu)建而成，面對(duì)新增電力需求以及可再生能源接入比例較高等問(wèn)題，既有電網(wǎng)傳輸能力與適應(yīng)性均存在一定缺陷?，F(xiàn)有電網(wǎng)輸電線路及變電設(shè)備與可再生能源接入電網(wǎng)比例較高時(shí)常過(guò)載，特別是長(zhǎng)距離輸送可再生能源，電網(wǎng)損耗大、電力輸送效率較低。另外，電力網(wǎng)絡(luò)中分配系統(tǒng)通常不夠靈活，不能隨需求變化和發(fā)電量波動(dòng)而迅速反應(yīng)，比如風(fēng)電、光伏電源波動(dòng)大，高峰時(shí)段可能造成電網(wǎng)電力過(guò)剩、風(fēng)力不足或者日照條件惡劣時(shí)電網(wǎng)可能缺電，這就需要電力分配系統(tǒng)更加智能化，可以對(duì)電力流動(dòng)以及負(fù)荷分配進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)可再生能源進(jìn)行有效利用的目的。

1.4能源存儲(chǔ)技術(shù)與需求響應(yīng)的局限性

能源存儲(chǔ)技術(shù)與需求響應(yīng)機(jī)制，被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)可再生能源波動(dòng)性與不可調(diào)度性的重要途徑，但這兩種技術(shù)在使用過(guò)程中還面臨著一些局限性。鋰電池、氫能和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)雖然對(duì)電力波動(dòng)有一定緩解作用，但是存在成本高、規(guī)模限制及技術(shù)瓶頸等問(wèn)題[2]。另外，儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電效率及容量限制使其在應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期電力波動(dòng)時(shí)變得捉襟見(jiàn)肘。與此同時(shí)，需求響應(yīng)這一靈活調(diào)整負(fù)荷的手段雖然在部分區(qū)域有所使用，但其推廣與效率仍受制于用戶(hù)參與程度不高、激勵(lì)機(jī)制不健全等問(wèn)題。目前，多數(shù)居民及商業(yè)用戶(hù)還沒(méi)有完全參與到需求響應(yīng)計(jì)劃中，特別是高峰時(shí)段如何高效地動(dòng)員各用戶(hù)對(duì)調(diào)度需求做出靈活反應(yīng)，仍是電力系統(tǒng)面臨的一個(gè)難題。

2.新型電力系統(tǒng)中可再生能源接入策略

2.1優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃

面對(duì)陜西電網(wǎng)可再生能源（特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能）裝機(jī)容量持續(xù)增加的情況，傳統(tǒng)電網(wǎng)已無(wú)法高效應(yīng)對(duì)能源供應(yīng)的波動(dòng)性和間歇性問(wèn)題。根據(jù)2023年陜西省負(fù)荷曲線圖顯示，年度負(fù)荷在7月和8月達(dá)到高峰，最大負(fù)荷突破35000 MW，而最小負(fù)荷在2月至4月相對(duì)較低，僅為20000 MW左右，這種顯著的季節(jié)性差異對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃提出了更高的要求。為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，陜西電網(wǎng)在2023年通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)了顯著效果。智能電網(wǎng)以其強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集技術(shù)，能夠精準(zhǔn)感知負(fù)荷變化并靈活調(diào)整電網(wǎng)調(diào)度。陜西電網(wǎng)還實(shí)施了重點(diǎn)跨區(qū)域輸電工程，例如從陜北風(fēng)光基地向關(guān)中和華中地區(qū)輸電的特高壓線路建設(shè)，有效解決了區(qū)域間電力分配不均的問(wèn)題。通過(guò)這些措施，陜北地區(qū)因風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)剩而造成的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象得到了明顯緩解。此外，電網(wǎng)規(guī)劃還注重與分布式發(fā)電的結(jié)合，推動(dòng)分布式可再生能源與集中式輸電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同發(fā)展。在負(fù)荷高峰期，跨區(qū)域輸電進(jìn)一步保障了關(guān)中地區(qū)用電需求，避免了供電短缺的發(fā)生。這些優(yōu)化策略大幅提升了電網(wǎng)的靈活性和可靠性，使其更好地適應(yīng)了可再生能源占比不斷提升的能源轉(zhuǎn)型趨勢(shì)。

2.2可再生能源調(diào)度策略

陜西電網(wǎng)2023年的調(diào)度策略重點(diǎn)在于提高可再生能源的利用效率和應(yīng)對(duì)波動(dòng)性挑戰(zhàn)。從2023年負(fù)荷分布柱狀圖可以看出，全年負(fù)荷主要集中在0.6到0.8的負(fù)荷率范圍內(nèi)，顯示了電力需求與供應(yīng)的總體均衡[3]。然而在高峰期（如7月和8月），負(fù)荷水平超過(guò)0.85的時(shí)段顯著增加，調(diào)度難度加大。對(duì)此，電網(wǎng)引入了大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過(guò)預(yù)測(cè)短期風(fēng)速和光照條件，實(shí)現(xiàn)了更高的調(diào)度精度，比如，在7月的高溫期間，提前預(yù)測(cè)到負(fù)荷激增并實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電策略，避免了因調(diào)度不及時(shí)引發(fā)的供電不足。此外，儲(chǔ)能技術(shù)作為核心調(diào)度資源發(fā)揮了關(guān)鍵作用。2025年，陜西將新增多座儲(chǔ)能電站，總?cè)萘砍^(guò)2000 MWh，在光伏發(fā)電量過(guò)剩的情況下儲(chǔ)存多余電能，并在負(fù)荷高峰時(shí)段釋放電能以滿(mǎn)足用電需求。與此同時(shí)，陜西還加大了對(duì)需求響應(yīng)系統(tǒng)的投入，通過(guò)動(dòng)態(tài)電價(jià)引導(dǎo)用戶(hù)調(diào)整用電行為，有效減少了峰值時(shí)段的用電壓力。這些策略的結(jié)合，使得陜西在夏季負(fù)荷高峰期保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)提高了可再生能源的消納能力。

2.3分布式發(fā)電與微電網(wǎng)發(fā)展

微電網(wǎng)，作為分布式電力生成的關(guān)鍵方式，可以通過(guò)本地化的能源管理和調(diào)度手段，極大地提升可再生能源的使用效率。微電網(wǎng)既可以和傳統(tǒng)電網(wǎng)并網(wǎng)，也可以在出現(xiàn)電力中斷的情況下獨(dú)立工作[4]。據(jù)《微電網(wǎng)發(fā)展報(bào)告》顯示，某地微電網(wǎng)系統(tǒng)可自主供電72小時(shí)以上，確保極端天氣情況下本地居民用電需求。發(fā)展微電網(wǎng)既可提高可再生能源利用效率，又可增強(qiáng)電力系統(tǒng)韌性。在某些區(qū)域，尤其是島嶼及偏遠(yuǎn)地區(qū)，微電網(wǎng)可以降低對(duì)中心化電網(wǎng)的依賴(lài)性，增強(qiáng)用電可靠性及供應(yīng)保障能力。開(kāi)發(fā)分布式發(fā)電與微電網(wǎng)系統(tǒng)可以有效地解決高比例可再生能源并網(wǎng)過(guò)程中傳統(tǒng)電網(wǎng)的輸送與穩(wěn)定問(wèn)題，也可以增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性與可靠性。

2.4靈活性資源的利用

靈活性資源在2023年陜西電網(wǎng)的運(yùn)行中起到了不可或缺的作用，特別是在夏季負(fù)荷高峰期。從85%以上負(fù)荷水平的月份分布圖可見(jiàn)，高負(fù)荷時(shí)段集中在7月（29%）和8月（49%），顯示了對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)和需求響應(yīng)的強(qiáng)烈需求。在這一背景下，陜西電網(wǎng)加快了儲(chǔ)能技術(shù)的布局，新增儲(chǔ)能容量集中應(yīng)用于負(fù)荷峰谷差調(diào)節(jié)[5]。比如，在7月和8月的高峰時(shí)段，儲(chǔ)能系統(tǒng)將白天多余的光伏發(fā)電量?jī)?chǔ)存起來(lái)，并在夜間用電需求高峰時(shí)釋放電能以緩解供需失衡。此外，電動(dòng)汽車(chē)也被作為靈活性資源的重要組成部分加以利用。截至2023年底，陜西省電動(dòng)汽車(chē)保有量已達(dá)52.8萬(wàn)輛，若通過(guò)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)（V2G）技術(shù)在負(fù)荷高峰時(shí)反向向電網(wǎng)輸電，可進(jìn)一步減輕電網(wǎng)壓力。需求響應(yīng)系統(tǒng)方面，陜西通過(guò)動(dòng)態(tài)電價(jià)政策和智能用電終端實(shí)時(shí)調(diào)整用戶(hù)用電行為，在高峰時(shí)段，工業(yè)用戶(hù)將部分生產(chǎn)任務(wù)調(diào)整至低谷時(shí)段完成，而居民用戶(hù)也在峰值電價(jià)下減少了不必要的用電。這些靈活性資源的有效利用，不僅提高了陜西電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，還顯著增強(qiáng)了電網(wǎng)應(yīng)對(duì)可再生能源波動(dòng)的能力，使電力系統(tǒng)更加高效、可靠和綠色。

3.結(jié)束語(yǔ)

新型電力系統(tǒng)中可再生能源的接入面臨著穩(wěn)定性、電力調(diào)度、傳輸與分配等挑戰(zhàn)，然而，隨著智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)和靈活性資源的不斷發(fā)展，解決這些問(wèn)題的路徑逐漸明晰。通過(guò)優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度策略、促進(jìn)分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的應(yīng)用以及有效利用靈活性資源，可為實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉唇尤胩峁┯行ПＵ?。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與政策支持的加強(qiáng)，電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展將迎來(lái)更加廣闊的前景。

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