发布机构: 山西省科学技术厅能源处 发布日期: 2021-12-13 09:29:15

韩肖清:“双碳”目标下电力系统规划新问题

    全球气候变暖已经是不争的事实,随着气候变暖的不断加剧,气候变化给人类造成了生态环境问题,诸如沿海洪涝和风暴潮、内陆洪水、海洋生态系统及服务丧失、陆地生态系统丧失、极端高温和极寒引发的健康问题等。在此背景下,我国积极参与国际社会碳减排行动,并在2020年9月的联合国大会上,明确提出将努力争取2060年前实现碳中和,这也是我国首次在国际社会上提出碳中和的承诺。实现碳达峰、碳中和,事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体,是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。

碳达峰、碳中和是一项系统工程,电力行业肩负着重要的历史使命。根据国际能源署(IEA)统计,2019年中国碳排放总量113亿吨,能源领域碳排放量98亿吨,占全国总量的87%,其中,电力行业碳排放42亿吨,占全国总量的37%。因此,实现碳达峰、碳中和,能源电力行业任务最重、责任最大,将承担主力军作用。而在电力系统中大力发展可再生能源、提高电能在终端消费中的比重又是能源电力行业目前完成双碳目标的重要保证。可以预见在未来的几年中,电力系统的结构形态将从高碳电力系统向深度低碳或零碳电力系统转变,以新能源为主体的新型电力系统概念应运而生。与传统电力系统不同,新型电力系统规划需统筹考虑高比例可再生能源并网带来的源-荷强不确定性和时空耦合性等新特征,充分融合碳排放机理分析、低碳效益评价等新领域。为实现电力系统各个环节的低碳化,有必要在传统电力系统理论和方法基础上,归纳新型电力系统规划所面临的新问题,为我国电力清洁低碳转型提供指导性建议。基于此,本文就碳达峰、碳中和背景下电力系统规划中可能出现的新问题提出自己的一些观点和建议:

一、新型电力系统技术特征

新型电力系统的提出首次明确了新能源在未来电力系统当中的主体地位,呈现广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控特点。其技术特征可从电源侧、电网侧和用户侧角度描述。

(1)电源侧:可再生能源将从原来电力消费的增量补充,变为电力消费的增量主体,呈现大规模、高比例、市场化、高质量等特点,其波动性特点将成为制约新能源高水平消纳利用的主要问题。火电机组在充分应用碳捕集等低碳技术的同时,将承担更多灵活性调节功能,由电量供应主体向电力供应主体转变。

(2)电网侧:跨区输送可再生能源成为重要的电能传输方式,规模化新能源接入和柔性输电技术的应用使电网呈现高度电力电子化特点,动态特性发生深刻变化,较低的故障耐受能力对系统稳定运行提出新的挑战。另一方面,原有的集中化电网将逐渐不再适用于新型电力系统,海量小型、分散的分布式电源将使电网呈现扁平化、分布化特点。

(3)用户侧:用户侧电能替代广度深度继续提高,以电能为中心的能源系统电气冷热多元聚合互动能力增强;新型电力系统还将耦合更多新型负荷和多元化储能设备,能够实现负荷分类可控高效管理,提高能源利用效率。

二、新型电力系统规划新问题

结合新型电力系统形态特征,新型电力系统规划研究应考虑以下新问题:

(1)源-荷不确定性加剧。在电源侧波动性和用户侧含源负荷随机性的共同作用下,不确定性将广泛存在新一代电力系统各个环节,如何对源–荷不确定性准确建模,并建立能够体现多样运行场景的电源出力预测和负荷预测方法是支撑新型电力系统规划的前提。

(2)低碳电力市场化发展。电力系统低碳要求为电力市场化改革赋予了新的内涵,碳交易市场将逐渐成为电力市场的重要组成部分。有必要对现有电力市场及碳市场交互方法开展分析研究,提出能够适应低碳电力市场场景的规划模式。

(3)碳水平评估。碳交易环境下的新型电力系统规划除需考虑可靠性和经济性外,还应将碳水平计入评估体系,其模型的评估决策实质是经济指标、可靠指标和环境指标的三方博弈。如何将碳水平评估问题与电力系统规划决策问题相结合,建立低碳评价体系是支撑新型电力系统规划面临的重要问题。

(4)计及新能源的运行模拟。新型电力系统包含风光水火多种电源形式,其物理运行环境多样、决策环境复杂等特点对系统灵活性提出了新的要求。需要建立针对新型电力系统的运行模拟方法,评估规划方案在海量运行场景下的运行指标,以适应新型电力系统的随机性与波动性。

(5)多主体协同规划。新型电力系统在电源侧、电网侧和负荷侧均具备灵活多变的运行策略,且参与电量平衡的利益主体更多。仅考虑某一环节的规划思路已无法适应源网荷储各环节的互动深度,需要考虑包括储能在内的多主体协同规划理论。

三、新型电力系统规划技术框架

新型电力系统规划融合大数据理论分析、多时间尺度运行模拟、低碳评估方法等关键技术,其技术框架分为数据驱动层、运行模拟层和输出指标层,如图1所示。结合源-荷精细化预测和低碳电力市场机制,生成新型电力系统协同规划方案;另一方面,为应对源-荷不确定性带来的功率匹配问题,通过数据驱动层生成典型运行场景,利用多时间尺度运行模拟和低碳评价体系评估协同规划方案可行性,提高规划方案在高比例可再生能源接入场景的灵活性。

图1 新型电力系统规划技术框架

供稿人:韩肖清  太原理工大学教授


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