源网荷储协调发展下我国电力系统灵活性资源展望.docx
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1、源网荷储协调发展下我国电力系统灵活性资源展望灵活性是未来电力系统转型发展的关键指标。随着新能源渗透率逐渐提高,电力系统功能形态日趋复杂,灵活性将成为电力系统发展规划中的重点考量因素,考虑到电力基础设施建设的锁定效应,有必要对我国中长期灵活性需求特性及供给方式进行研究展望。随着能源互联网逐步建成,需求侧资源和储能将能够参与系统优化调节,源网荷储各环节间协调互动将成为常态。因此笔者基于中国电力源网荷储协调发展规划模型和源网荷储协调生产模拟模型量化测算结果,研判灵活性资源构成及发展趋势。高比例新能源产生的灵活性需求演化趋势基于当前各区域风电、光伏发电及负荷曲线,结合未来各区域新能源装机及负荷演化(基
2、于国网能源研究院中国能源电力发展展望(2019)对电源装机和负荷的展望结果),可测算未来我国各区域新能源及负荷波动情况,进而对中长期高比例新能源背景下我国电力系统灵活性需求特点进行分析研判。随着间歇性可再生能源的装机规模不断扩大,风电和光伏出力波动范围日益变大。以日峰谷差为例,风电出力日峰谷差冬季和春季较大,夏季和秋季相对较小。2035年全国风电功率日峰谷差最大值约为1.9亿千瓦,中位数约为0.9亿千瓦;2050年全国风电日峰谷差最大值约为3.0亿千瓦,中位数约为1.3亿千瓦。光伏出力日峰谷差春季和秋季出力最大,夏季次之,冬季出力最小。2035年全国光伏功率日峰谷差约为4.0亿千瓦,中位数约为
3、3.0亿千瓦;2050年全国光伏日峰谷差最大值约为7.3亿千瓦,中位数约为5.5亿千瓦(见图1、图2)o间歇性可再生能源与负荷叠加后的净负荷日峰谷差增大,系统灵活性需求总量逐步提高,且不确定性有所增强,调峰难度显著增加。2050年全国最大负荷约为23.4亿千瓦,日负荷最大峰谷差约为6.0亿千瓦,占最大负荷的25.7%,而考虑风电光伏等间歇性可再生能源的净负荷最大峰谷差约为8.0亿千瓦,占最大负荷的34.2%o分区域来看,西北地区和华北地区的电力系统灵活性需求量和需求比例最高,对系统灵活调节能力提出了较高要求。2035年,西北地区日负荷峰谷差最大值约为1.8亿千瓦,占西北地区最大负荷的64.8%
4、,华北地区日负荷峰谷差最大值约为1.8亿千瓦,占华北地区最大负荷的46.2%,而到2050年,西北地区日负荷峰谷差最大值达到约3.6亿千瓦,占西北地区最大负荷的92.9%,华北地区日负荷峰谷差最大值约4.1亿千瓦,占西北地区最大负荷的75.8%,系统灵活调节能力亟需改善(见图3)。从日内特性来看,净负荷小时级变化率显著增加,且不确定性有所增强,午间负荷高峰成为净负荷低谷,每日12时至20时之间灵活性需求最大。以华北地区为例,2035年华北地区负荷一小时功率变化最大值约为0.3亿千瓦,占最大负荷的6.7%,而净负荷一小时功率变化率最大值约为0.5,占最大负荷的13.8%;2050年净负荷一小时功
5、率变化最大值约为1.0亿千瓦,占当年最大负荷的23.4%o随着间歇性新能源(尤其是光伏发电)并网装机比例持续扩大,净负荷日曲线呈现鸭子形状,12时至20时之间,净负荷出现快速增长。午间光伏大发时,原本的负荷高峰会成为净负荷低谷,甚至在午间可能出现净负荷为负的情况。在15点至20点之间,用电负荷逐渐增长叠加,光伏出力快速衰减(见图4)。从季节特性来看,系统灵活性需求的分布规律有所改变,部分地区调节压力向春秋季转移。以华北地区为例,负荷日峰谷差在夏季和冬季较大,而日净负荷峰谷差在春季和秋季较大。这是由于夏季空调负荷比重大,在气温最高的中午形成峰值,而光伏发电日特性与空调负荷特性具有一定的正相关性,
6、平抑了夏季的净负荷波动。由于冬季电采暖负荷比重较大,在气温较低的夜间形成峰值,而华北地区风电日特性与电采暖负荷特性具有一定的正相关性,在一定程度上平抑了冬季的净负荷波动。春秋季负荷需求与新能源出力正相关性相对较低,且负荷需求水平低于夏季和冬季,净负荷峰谷差受新能源影响程度更大。MS隼W0*的天具H第超标*?n)图1全国风电日峰谷差变化趋势“GUttBiHir图2全国光伏发电日峰谷差变化越第20M*2CM”图32035年和2050年各区域及全国净负荷峰谷差数据分析源网荷储框架下的系统全环节灵活性资源源、网、荷、储是能源系统中的主要构成部分,在能源互联网环境下各环节不同元素间将存在更多协调互动。系
7、统调度将以整体最优为目标,统筹安排源、网、荷、储各环节的运行策略,充分发挥各类资源特点,以灵活高效的方式共同推动系统优化运行,促进清洁能源高效消纳。未来电力系统中灵活性资源的来源将趋于广泛,在电源、电网、负荷、储能侧均有涉及。传统电力系统中,灵活性资源主要以各类可调节电源及抽水蓄能电站为主。随着能源互联网逐步建成,电网运行方式将更加灵活优化,需求响应和各类新型储能将更加高频地参与电力供需平衡,灵活性资源的形式日益多元。在电源侧,气电和水电是优质的灵活调节电源,同时可通过合理的辅助服务市场机制结合灵活性改造激发煤电调节潜力,未来光热电站发展成熟后也将为系统灵活调节作出一定贡献。在电网侧,可统筹送
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