新时期为实现“双碳”目标,大规模的新型能源接入电网,其中包含风电、光伏等可再生能源以及分布式能源,新型能源模式有着较强的随机性和确定性,在大量并网过程中, 必将造成电力系统产生波动,而且带来的是供需平衡、配网运行、控制保护等一系列的问题,所以,为实现新时期碳达峰目标,未来新型能源建设工作的开展也将面临新的挑战。
一、新型电力系统的现状分析
1供电保障难度更高
由于新型能源电力系统的复杂性和波动性,未来新型能源电力系统供电模式将相比传统供电系统的电力供应难度更高,特别是新型能源电源侧出力对于顶峰阶段的调节能力不足,并且新型能源受外部环境因素影响较大,例如,风电出力高峰一般是在后半夜,在午、晚高峰出力较低,光伏出力虽然能够满足午高峰的电力需求,却在晚高峰出力几乎为0,因此,都不能很好的适应现阶段电力负荷午间高峰和晚间高峰的特点,
2电网系统调节压力增大
目前我国电网电力系统负荷出现“两峰两谷”的特点,在夏、冬季电力系统负荷较高,在春、夏季电力系统负荷较低,电力负荷“尖峰化”的特点较为明显,并且依据统计,95%以上的区域电网最大负荷持续时间不低于60个小时,在对应时间内,用电量不超过全年用电量的0.5%,目前新型能源在国网经营区域内的装机量,风电装机规模在1.7亿千瓦,光伏装机规模在1.8亿千瓦,从日波动率数据来看,风电日最大波动率约为23%;而光伏日最大波动率约为54%,可见,新型能源电力系统电力负荷调节压力较大。
3电网稳定性下降
新能源电力系统频率调节能力明显不足,无功支撑能力较弱,不能够满足电力系统对于无功支撑的需求,新型能源结构主要以接入低电压等级电网为主,而且新能源供电机组与主网的电气间隔是常规机组的2-3倍,所以在大规模的新型能源机组接入电网后,将明显降低电力系统电压调节能力。
4配网运行更加复杂化
随着大量新型能源接入电网,使得配电网主体更加的复杂化,能源形式的多元化将加大配电网对运行控制的难度,配电网作为电力消纳的操控者,能源种类逐渐增多,那么配电网电力电子化程度和网络结构就会变得更加复杂,进而,配网运行控制的灵活性也会逐渐降低,所以,由于未来新型能源的的接入,配电网运行模式也将面临更大的挑战。
5二次系统的变化
为实现清洁能源供电模式,降低碳排放量,关于调度自动化的要求将会逐渐上升,不光要对全系统资源进行实时监控,并且还要建立源网荷储协同的互动机制提高对于故障的反应速度,通过调研电力市场的发展需求,为电力调度提供有效的技术支撑,满足调度实现合规性、精细化程度以及信息透明度的高标准、高要求,随着市场的不断变化,继电保护配置的同步机组也逐渐分解,市场中电力电子装置逐渐占领主导地位,因此,电力系统中继电保护的灵敏性、可靠性、速冻性、选择性实施难度也逐步变大。
6系统成本增加
为实现“双碳”目标任务,大量的新型能源接入电网,为了消纳新能源的电力生产,电力系统需要付出的成本将会增加,与此同时,电力系统对于后期的运营维护成本也将上升,但此时社会各界对于降低电价的呼吁仍然强烈,因此,在为实现碳中和目标的同时,应当合理处理系统成本与能耗成本之间的矛盾,实现电力系统安全、生态、低价的平衡稳定。
二、新型电力系统建立的实现措施
1 增强电力系统建设的调节能力
1.1加强对于燃煤发电模式的改造,燃煤发电模式作为我国电力系统生产的主要用能来源,电力生产模式成熟,在实际改造过程中,发生成本较低,对电力系统有着较强的电力调节能力。
1.2利用新型能源与燃煤发电相结合的模式,打造出清洁能源供应模式,满足低碳生产目标,同时又利用一定规模的煤电等存量能源来弥补新型能源出力波动性的不足,能够提高电力系统的可调节能力和稳定性。
1.3做好新能源逐渐向电力电网靠拢的转变工作,将新型能源为电网提供技术改造、配置储能等逐渐转变为具备调频、调峰、调压等电网主要能源作用,使其逐渐在支撑电网系统安全运行、执行电力调节能力上发挥重要作用。
2优化电力系统结构,打造资源配置平台
2.1加快智能电网的建设
加强对于清洁能源电力外送的管理力度。在部分地区对电网施行优化升级措施,通过科学的规划创造出一批跨区域的直流输送通道,来满足当地清洁能源的外送需求;同时也应当加大区域电网间的交流,完善和扩展区域间电网的主体架构,保证跨区域电力安全、高效输送,新时代新型能源的出现是未来电力电网发展的转机,如何推进未来发展模式和优化未来规划方案是保证传统电力系统向新型能源电力系统转型的重要节点,从电网平衡角度来看,要加快电网老旧设施的改造,降低电网的能源损耗,优化资源配置,通过分析市场需求激发电网规划实施效率。
2.2支持分布式电源和微电网发展
在完成“双碳”目标的过程中,有着较大的发展优势,分布式能源结构能够将用户的各种能源需求与各种资源配置状况进行整合,采取相对应的分布式电源并网模式,实现分布式电源在电力电网中的灵活并网和消纳。分布式能源接入并网可以利用微电网实现分布式能源灵活接入,微电网通过对储能装置、负荷、监控和保护装置的综合利用去解决分布式能源数量庞大、形式复杂的电源并网问题,有效的平抑了分布式能源出力的波动性,微电网利用自身智能化、能量利用多元化等特点能够更好的结合当地资源和供用电情况开展建设工作,微电网在电网中可以被当作为一个自控型实体,它是相对独立的,能够降低新型能源出力产生的波动,也能保证供电系统的稳定性,对于配电网而言,既提高了用户供电可靠性,又降低了馈线损耗,对电网安全、稳定运行有着极其重要的作用,微电网技术的发展在未来将会有很大的空间,因此,进一步推动微电网技术在我国电力市场的进步尤为重要。
2.3构建新型电力系统运行控制体系
全方位的提升电力负荷调度能力是建设新型电力系统运行控制体系的主要手段。提升电网电力系统的调度数字化、智能化和自动化管理水平,实现电力电网运行安全、稳定,保证清洁能源出力消纳的灵活性,满足源网荷储协同互动的运行需求,积极创新我国电力市场能源供应和调度运营模式,结合先进的电力电子技术、计算机控制技术以及通信技术对电网电力系统作出创新,全面完善电力系统对于故障处理的认知机制,提高电力系统的故障处理能力。结合新型能源管理模式,构建完整的新型电力系统防御机制,保障电力系统运行的安全性和稳定性,通过对传统电力系统三道防线的加强和提升,能够更加顺利的集中接入大规模新型能源,保证新型电力系统大规模的特高压直流外送通道的稳定,建设新型能源广域信息相协同的新型电力系统综合故障防御机制
总结
电价市场化、输配电价清晰化合理化,是两个互为因果并月在发、输、配、用、调各个环节都形成复杂因果关系网络的要素,也是双碳目标和新型电力系统是否能实现的关键要素。
从本质上说,新型电力系统是一个从过去“电网中心论”的视角,转换为“市场中心论”视角的过程,新型电力系统不等于新型电网系统,更不等于大规模特高压/超高压+大规模集中式可再生能源的电力系统。所以在未来3-5年,无论是市场化价格还是输配电价体系都不可能一步调整到位的情况下,一方面是留给电网企业自我革新,转换发展理念和机制的时间空间,真正的新型电力系统离不开电网企业的开放、创新与包容;另一方面也需要市场化主体(投资方、增量配电企业、售电公司、能源创新企业)有足够的市场认知、耐心和眼光,不可贪恋政策风口,而把务实接地的可行商业模式作为第一要务,只有活下去才能活得好。