提升電力系統(tǒng)靈活性的舉措與保障措施
隨著能源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn),負(fù)荷側(cè)隨機(jī)性波動(dòng)的增加,電力系統(tǒng)的平衡特征和方式正在發(fā)生深刻變化,維持系統(tǒng)平衡的難度不斷加大,靈活性調(diào)節(jié)資源缺乏的問(wèn)題日益凸顯。“十三五”期間,我國(guó)新能源裝機(jī)規(guī)模保持快速增長(zhǎng),截至2019年底,全國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)4.15億千瓦,超出規(guī)劃目標(biāo)近1億千瓦。相較而言,電力系統(tǒng)的靈活性建設(shè)相對(duì)滯后,源-網(wǎng)-荷各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)能力仍有待進(jìn)一步提升。
一、電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè)情況及問(wèn)題分析
(一)電源側(cè)調(diào)節(jié)能力建設(shè)進(jìn)度緩慢
煤電靈活性改造方面,截至2019年底,“三北”地區(qū)完成靈活性改造機(jī)組約5800萬(wàn)千瓦,不到規(guī)劃目標(biāo)的30%。現(xiàn)行體制機(jī)制下,煤電機(jī)組靈活性改造后的調(diào)峰收益全部來(lái)源于發(fā)電側(cè)分?jǐn)傎M(fèi)用,而不是從整個(gè)電力系統(tǒng)的效益提升中獲得。此外,煤電發(fā)電空間壓縮,火電企業(yè)普遍面臨虧損,不愿意主動(dòng)參與調(diào)峰,阻礙了煤電靈活性改造的進(jìn)度。
天然氣發(fā)電方面,截至2019年底,我國(guó)氣電裝機(jī)規(guī)模達(dá)9000萬(wàn)千瓦,占電源總裝機(jī)僅4.5%,比規(guī)劃目標(biāo)低2000萬(wàn)千瓦。現(xiàn)有天然氣發(fā)電機(jī)組中,超過(guò)90%的裝機(jī)分布于華東、華北、南方等清潔能源消納壓力較小的地區(qū)。“十三五”以來(lái),我國(guó)天然氣供應(yīng)緊張,天然氣發(fā)電增長(zhǎng)緩慢,新增燃?xì)怆娬局饕季衷趦r(jià)格承受能力較強(qiáng)的北京、上海、江蘇、浙江和廣東等地區(qū)。
抽水蓄能方面,截至2019年底,我國(guó)抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模達(dá)3029萬(wàn)千瓦,占電源總裝機(jī)1.5%,比規(guī)劃目標(biāo)低900萬(wàn)千瓦。根據(jù)最新輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法,抽水蓄能不計(jì)入電網(wǎng)有效資產(chǎn),若無(wú)法疏導(dǎo),容量電費(fèi)或由省級(jí)電網(wǎng)(或區(qū)域電網(wǎng))公司墊付,或由抽水蓄能電站自負(fù),將對(duì)抽水蓄能電站經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生較大影響。
(二)電網(wǎng)側(cè)資源配置平臺(tái)作用尚未充分發(fā)揮
“十三五”是電網(wǎng)跨省區(qū)送電通道建設(shè)高峰期,截至2019年底,全國(guó)跨省區(qū)輸電能力達(dá)到2.6億千瓦,預(yù)計(jì)2020年達(dá)到2.8億千瓦,基本實(shí)現(xiàn)國(guó)家規(guī)劃目標(biāo)。我國(guó)現(xiàn)行電力市場(chǎng)交易主要以送受端政府間“網(wǎng)對(duì)網(wǎng)”框架協(xié)議為基礎(chǔ),送受雙方清潔能源消納責(zé)任不明確,地區(qū)間和不同市場(chǎng)主體間利益難以有效平衡,跨省區(qū)清潔能源消納普遍面臨著受端市場(chǎng)對(duì)外來(lái)電曲線和價(jià)格的高要求,關(guān)于調(diào)峰需求長(zhǎng)期難以達(dá)成一致,跨省區(qū)通道運(yùn)行曲線存在較大優(yōu)化空間。
(三)需求側(cè)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的潛力有待進(jìn)一步挖掘
“十三五”期間我國(guó)需求響應(yīng)取得了較大進(jìn)展,但由于多種條件所限,我國(guó)需求響應(yīng)實(shí)施在技術(shù)、機(jī)制等方面還存在一些問(wèn)題和障礙,特別是在需求響應(yīng)作為互動(dòng)資源系統(tǒng)運(yùn)行方面與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定差距。目前需求側(cè)響應(yīng)主要以“削峰”為主,集中在迎峰度夏、迎峰度冬等特定時(shí)段,轉(zhuǎn)移負(fù)荷“填谷”能力不足。實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制尚未建立,現(xiàn)行峰谷電價(jià)存在價(jià)差和峰谷時(shí)段劃分調(diào)整不及時(shí)等問(wèn)題,難以充分引導(dǎo)用電行為。
二、“十四五”面臨的發(fā)展形勢(shì)
(一)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力
一方面,我國(guó)電力需求和電源規(guī)模將持續(xù)增加,根據(jù)國(guó)際經(jīng)驗(yàn),需要配置更多靈活調(diào)節(jié)電源。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)化水平、電能替代水平的提升,我國(guó)電力需求將持續(xù)增加,預(yù)計(jì)2025年全社會(huì)用電量需求將達(dá)到9.8萬(wàn)億千瓦時(shí),“十四五”期間電源建設(shè)仍有較大需求。目前,我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以煤電為主,靈活調(diào)節(jié)電源比重僅為6%,而美國(guó)、德國(guó)、西班牙等國(guó)家靈活調(diào)節(jié)電源比重分別為47%、19%和31%,這意味著“十四五”電源建設(shè)需要重點(diǎn)考慮靈活調(diào)節(jié)電源的配置。另一方面,我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已逐步由中低端向中高端轉(zhuǎn)換,負(fù)荷峰谷差將隨之?dāng)U大,要求建設(shè)更多的靈活調(diào)節(jié)電源。考慮“十四五”是我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段,以及美、日、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn),我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由中低端向中高端提升是長(zhǎng)期趨勢(shì),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整導(dǎo)致第三產(chǎn)業(yè)和城鄉(xiāng)居民用電量占比持續(xù)增加,其用電特性決定了負(fù)荷曲線峰谷差率明顯高于第二產(chǎn)業(yè),我國(guó)用電側(cè)峰谷差率有走高趨勢(shì),調(diào)節(jié)性電源建設(shè)需求持續(xù)增加。
(二)能源電力發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提出迫切需求
“十四五”是清潔能源轉(zhuǎn)變成為主力能源的關(guān)鍵時(shí)期,需要電力系統(tǒng)提供與之相匹配的靈活調(diào)節(jié)能力。新能源發(fā)電具有隨機(jī)性和波動(dòng)性,多呈現(xiàn)“反調(diào)峰特性”,將給電網(wǎng)帶來(lái)15%~30%反調(diào)峰壓力。此外,新能源機(jī)組大規(guī)模替代常規(guī)發(fā)電使系統(tǒng)總體慣量不斷減小,抗擾動(dòng)能力下降,容易誘發(fā)全網(wǎng)頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定問(wèn)題。
美國(guó)、英國(guó)和阿根廷等國(guó)家發(fā)生的大面積停電事故,給我國(guó)電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)警示。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生大功率瞬時(shí)缺失后,有功潮流大范圍轉(zhuǎn)移,可能造成主要斷面或局部設(shè)備過(guò)載,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)功角失穩(wěn),有功控制壓力激增,需要大型靈活性電源提供快速功率備用。以2019年8月19日英國(guó)大停電事件為例,英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)緊急調(diào)用抽水蓄能電站以平衡系統(tǒng)功率缺額,防止了事故進(jìn)一步擴(kuò)散。
(三)全面深化改革為靈活調(diào)節(jié)電源發(fā)展提供良好環(huán)境
一方面,電力市場(chǎng)化改革有利于體現(xiàn)靈活性資源的價(jià)值。還原能源和電力的商品屬性是電力市場(chǎng)化改革的核心要義,“十四五”期間電力市場(chǎng)化改革的重點(diǎn)之一,就是充分反映電力商品的特殊屬性,讓傳統(tǒng)能源和可再生能源發(fā)揮各自所長(zhǎng),公平公正地維護(hù)市場(chǎng)體系中各個(gè)主體的市場(chǎng)利益,促進(jìn)靈活性資源的效益在電力系統(tǒng)中得到充分體現(xiàn)和利用。
另一方面,混合所有制改革為靈活調(diào)節(jié)資源發(fā)展注入投資活力。“十四五”期間,電力企業(yè)不再是電力系統(tǒng)靈活性資源投資的唯一主體,煤電靈活性改造、抽水蓄能等靈活性資源將吸引更多社會(huì)資本和各類市場(chǎng)主體投資,共同參與電力系統(tǒng)建設(shè)和價(jià)值挖掘。
(四)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提供多元化發(fā)展路徑
從電源側(cè)來(lái)看,實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)友好型發(fā)展為新能源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。一方面,新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)正向高精度、高分辨率、中長(zhǎng)期時(shí)間尺度方向發(fā)展,將降低新能源出力預(yù)測(cè)不確定性對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn);另一方面,虛擬同步機(jī)技術(shù)能夠模擬同步發(fā)電機(jī)的有功調(diào)頻以及無(wú)功調(diào)壓等特性,增加系統(tǒng)慣性,提升風(fēng)電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性,防止脫網(wǎng)。
從電網(wǎng)側(cè)來(lái)看,柔性技術(shù)、調(diào)度控制技術(shù)等將進(jìn)一步提升電網(wǎng)資源配置能力。柔性直流輸電技術(shù)等電網(wǎng)柔性技術(shù),能夠提升對(duì)電網(wǎng)的柔性控制能力,實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)功率快速、靈活調(diào)節(jié),提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,解決送端電壓波動(dòng)、受端頻率系數(shù)降低和換相失敗等問(wèn)題;大電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)將提高系統(tǒng)運(yùn)行信息的全面型、快速性和準(zhǔn)確性,有助于挖掘負(fù)荷響應(yīng)潛力,提高新能源全網(wǎng)統(tǒng)一消納水平。
從需求側(cè)來(lái)看,數(shù)字技術(shù)將助力需求側(cè)管理轉(zhuǎn)型升級(jí)。數(shù)字技術(shù)與需求側(cè)管理深度融合,一方面可以優(yōu)化存量資源,通過(guò)改變傳統(tǒng)“以下達(dá)指令”為主的調(diào)控模式,提升需求側(cè)響應(yīng)的質(zhì)量;另一方面可以挖掘增量資源,通過(guò)聚合用戶側(cè)電動(dòng)汽車以及分布式儲(chǔ)能并實(shí)施有序管理,使海量分散式資源也能參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)。
儲(chǔ)能方面,多種技術(shù)路徑將滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景需求。儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性決定了單一儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)法滿足電力系統(tǒng)需求的多樣性,因此針對(duì)特定場(chǎng)景選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行開發(fā)將是未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的主旋律。超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器以及鈦酸鋰電池屬于功率型儲(chǔ)能技術(shù),適合毫秒至分鐘級(jí)別的應(yīng)用場(chǎng)景,可以瞬間吸收或釋放能量,提供快速的有功支撐,避免系統(tǒng)失穩(wěn)。抽水蓄能、鋰離子電池、鈉硫電池、壓縮空氣以及氫儲(chǔ)能屬于能量型儲(chǔ)能技術(shù),適合小時(shí)級(jí)別以上的應(yīng)用場(chǎng)景,可以減小系統(tǒng)峰谷差,延緩新的發(fā)電機(jī)組投資以及輸配電改造升級(jí)。
三、關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的重點(diǎn)舉措
(一)電源側(cè)重點(diǎn)舉措
一是提高煤電機(jī)組靈活調(diào)節(jié)能力。對(duì)于存量機(jī)組,持續(xù)推進(jìn)靈活性改造,“十四五”期間,推進(jìn)“十三五”規(guī)劃明確的、尚未完成改造的煤電機(jī)組(約1.6億千瓦)加快改造,其他煤電機(jī)組能改盡改。對(duì)于新建機(jī)組,要求其具備深度調(diào)節(jié)能力,最小技術(shù)出力達(dá)15%~25%。
二是加快開發(fā)抽水蓄能電站。重點(diǎn)推動(dòng)目前已開工的抽水蓄能項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)運(yùn)行,盡早發(fā)揮系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用;考慮對(duì)有條件的水電站進(jìn)行改造,建成混合式抽蓄電站,可成為常規(guī)抽水蓄能電站的有益補(bǔ)充。
三是氣價(jià)承受能力強(qiáng)、煤電建設(shè)受控的負(fù)荷中心持續(xù)增加氣電建設(shè)。華北、華東地區(qū)在滿足電力需求增長(zhǎng)和用熱需求的基礎(chǔ)上,提供一定的調(diào)峰支援。
(二)電網(wǎng)側(cè)重點(diǎn)舉措
當(dāng)前跨區(qū)輸電主要呈現(xiàn)送端為受端提供調(diào)節(jié)能力的特點(diǎn),給西北等送端地區(qū)帶來(lái)調(diào)節(jié)壓力。“十四五”期間應(yīng)加強(qiáng)電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度,促進(jìn)靈活性資源在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置,在送端地區(qū)調(diào)節(jié)能力不足時(shí),及時(shí)優(yōu)化調(diào)整送電曲線。
(三)需求側(cè)重點(diǎn)舉措
東北和西北區(qū)域需求側(cè)響應(yīng)的重點(diǎn)是高載能產(chǎn)業(yè),高載能負(fù)荷電價(jià)敏感度高,具備較大靈活運(yùn)行的能力。“三華”地區(qū)需求側(cè)響應(yīng)重點(diǎn)是電動(dòng)汽車等分布式能源,合理的價(jià)格信號(hào)可以吸引海量的分布式用戶參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。
四、關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的保障措施
“十四五”期間,一方面需要在源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同發(fā)展層面開展布局優(yōu)化與市場(chǎng)建設(shè),保障各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)能力建設(shè)有序開展,確保靈活性資源的利用效益最大化;另一方面需要深化靈活性資源效益形成機(jī)制研究,在源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各環(huán)節(jié)制定針對(duì)性政策保障措施。
一是各利益相關(guān)方共同承擔(dān)系統(tǒng)為滿足新能源高效利用所增加的系統(tǒng)成本。雖然新能源電站投資成本逐年降低,但是為配合新能源波動(dòng)而附加的靈活性資源成本正顯著上升,建議根據(jù)“誰(shuí)受益,誰(shuí)承擔(dān)”原則,合理分?jǐn)傂履茉唇尤牒笏黾拥南到y(tǒng)成本。
二是建立煤電靈活性改造的配套機(jī)制。因地制宜推廣成熟改造技術(shù),建立適應(yīng)市場(chǎng)化進(jìn)程的煤電機(jī)組調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制和調(diào)峰輔助服務(wù)成本分?jǐn)倷C(jī)制。
三是完善跨省區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制。建立健全對(duì)資源優(yōu)化配置發(fā)揮決定性作用的電力市場(chǎng)體系,持續(xù)推動(dòng)跨省區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制建設(shè),打破省間壁壘,促進(jìn)跨區(qū)通道基本反映新能源出力波動(dòng)特征,更好地發(fā)揮“大電網(wǎng)、大市場(chǎng)”作用。
四是引導(dǎo)用戶側(cè)資源參與調(diào)節(jié)。明確政府、電力企業(yè)、用戶責(zé)任,形成用戶側(cè)資源利用的頂層設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),提升用戶側(cè)資源管理水平;加大對(duì)實(shí)時(shí)需求響應(yīng)支持力度,鼓勵(lì)引導(dǎo)大工業(yè)用戶參與實(shí)時(shí)需求響應(yīng)改造。
五是鞏固完善抽水蓄能電站“兩部制”價(jià)格形成機(jī)制。將容量電費(fèi)納入電力市場(chǎng)輔助服務(wù)費(fèi)用向用戶側(cè)疏導(dǎo),將電量電費(fèi)通過(guò)電能量市場(chǎng)回收。
六是數(shù)字化技術(shù)推動(dòng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行。統(tǒng)籌加強(qiáng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)大數(shù)據(jù)建設(shè),基于統(tǒng)一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)與數(shù)字化技術(shù)廣泛共享,通過(guò)虛擬電廠、基于車聯(lián)網(wǎng)的綠電交易等激發(fā)電力用戶在調(diào)峰等方面的潛力,進(jìn)一步推動(dòng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度控制,提高電力系統(tǒng)資源利用效率,推動(dòng)各方共同提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年10月16日第40期
責(zé)任編輯:張桂庭
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