高比例可再生能源时代呼唤灵活电力系统

白雪 来源:中国经济导报 编辑:jianping 可再生能源电力系统
中国能源行业的绿色低碳转型,亟需尽快解决传统电力系统与可再生能源消纳不匹配的矛盾。目前,由于中国电力系统中煤电装机比例过高、系统灵活性严重不足,导致可再生能源长期面临弃风弃光问题。现有的五年期电力规划没有同步配置灵活性资源,一定程度上制约了能源转型下的可再生能源发展,并对电力系统的安全稳定性造成挑战。绿色和平与华北电力大学袁家海教授研究团队共同开展研究,并于近日发布《中国电力系统灵活性的多元提升路径研究》报告(以下简称《报告》),以探究提升中国电力系统灵活性的可行方案。

《报告》指出,面向2030年非化石能源发电量占比50%的目标,仅依靠煤电机组灵活性改造无法满足电力系统的灵活性需求。煤电灵活性改造的成本、频繁启停的成本以及相应的环境影响将使煤电机组灵活性改造的长远作用受限,甚至会抬高电力系统的总体供电成本,不利于电力系统的低碳转型。本报告以吉林省为例,通过电力系统运行模拟对灵活性进行定量分析,为中国各省份灵活性的提升提供了参考。分析发现,在高渗透率算例中,加入多种灵活性资源较仅依靠煤电灵活性改造,弃风电量将可减少39.9%,煤电启停次数和启停成本分别下降27.19%和25%。气电、储能、需求响应和电网互济等多种灵活性资源互配可以在负荷高峰和低谷时刻快速改变出力,为未来的电力系统灵活性提供有力补充,并进一步提高电力系统运行效率,降低排放,值得各省借鉴。


中国可再生能源高比例发展愿景

国家主席习近平在第75届联合国大会上提出,中国力争2030年前碳排放达峰,争取在2060年前实现碳中和的目标。这意味着中国将在未来十年全面实现能源和经济领域的深度低碳转型。可再生能源的发展可以从根源上促进电力系统的清洁低碳化,缓解资源约束和生态环境压力,是建设美丽中国和应对气候变化问题的关键前提。

为实现中国中长期可再生能源高比例发展的愿景,预计到2030年,风电和光伏发电总装机将突破9亿千瓦,中电联预测风光总装机将达10亿千瓦。由于以风电、光伏发电为代表的间歇性可再生能源发电天然具有波动性,其发电占比的不断提升使系统净负荷波动增大。然而,灵活性资源的同步配置缓慢且欠缺规划,使电力系统的安全和稳定性受到挑战。为保障中国可再生能源的中长期发展和可再生能源发电项目的收益,中国各省份亟需整合分析区域电力系统灵活性资源现状和供需能力,研究如何经济地调用各类灵活性资源以保持电力供需动态的平衡,从根本性上破解新能源消纳难题。

 
灵活性资源配置落后,可再生能源发展受限

目前,中国电力系统中煤电装机比例过高,致使系统灵活性严重不足。当煤电规模超过一定阈值时,煤电与可再生能源形成竞争关系,进一步限制可再生能源的出力水平,导致大量弃风和弃光现象发生。根据绿色和平和袁家海教授研究团队的测算,2016-2018年间,中国弃风和弃光电量共计1389亿千瓦时,相当于3000万千瓦煤电厂一年的发电量,对应约350亿元燃煤成本和4000万吨二氧化碳排放。即使全额保障性收购等强制性政策的实施使弃风和弃光量较之前有明显改善,但2019年的弃风和弃光总量仍高达215亿千瓦时,相当于450万千瓦煤电厂一年的发电量,对应约50亿元燃煤成本和600万吨二氧化碳排放。

面对弃风弃光问题,2017年底国家发展和改革委员会与国家能源局共同印发了《解决弃水弃风弃光问题实施方案》,提出力争到2020年在全国范围内有效解决弃水、弃风、弃光的问题。2018年初,国家能源局印发了《关于提升电力系统调节能力的指导意见》,指出中国电力系统调节灵活性欠缺,电网调度运行方式僵化,部分地区出现了较严重的弃风、弃光和区域用电用热矛盾突出问题,是中国能源转型的主要瓶颈。

为了探究提升中国电力系统灵活性的方案,绿色和平与袁家海教授研究团队共同开展研究,并于10月22日发布《中国电力系统灵活性的多元提升路径研究》报告,旨在通过分析目前中国灵活性资源存在的问题和发展空间,并以吉林省为例,通过多情景电力系统运行模拟对灵活性进行定量分析,提出中长期电力灵活性提升路径,以供行业和决策者参考。

 
需充分利用“源网荷储”的多种灵活性资源

《报告》系统分析了中国电源侧、电网侧和用户侧各类灵活性资源的技术和经济特性,以及中国目前技术型、市场型和规划型灵活性发展的现状和发展空间,综合考量灵活性资源成本和时间尺度,提出了针对中国电力系统的灵活性提升路线图。《报告》选取可再生能源消纳矛盾突出的吉林省为例,分别模拟了6种电力系统运行情景,通过调整可再生能源渗透率和不同灵活性资源配置的参数,实现对未来电力系统运行效率的评估。

通过研究中国灵活性资源规划及现状,《报告》指出,在目前中国的电力规划中,电源侧的灵活性资源配置落后于可再生能源的发展速度,现存煤电机组灵活性改造仍有较大空间,中国新能源资源富集地区具有调节性能的水电、抽水蓄能和燃气电站等灵活电源比重不足。中国亟需进一步完善电力市场机制,并将发展多元灵活性调节产品纳入电力发展中长期规划,提升高渗透率可再生能源发电接入后电力系统应对运行灵活性挑战的能力。

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