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如何实现高比例可再生能源情景下的电力安全稳定运行?

北极星风力发电网  来源:能源杂志  作者:程婉静  2021/1/13 9:06:39  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2020年新冠疫情爆发后,经济活动暂时中断,市场需求受到冲击,社会生产对能源的需求,人民生活尤其是交通出行对能源的需求,都因疫情而大幅降低。根据国际能源署的预测,2020年全球能源需求可能下滑5%,所有能源品种需求都将受到影响,其中煤炭需求量预计下降7%,天然气需求量预计下降3%,石油需求量预计下降8%。

文 | 程婉静

作者供职于龙源电力集团新能源发展研究中心

在能源生产方面,由于电力需求下降及市场价格低迷,电力系统存在过剩的装机容量,煤、油、气机组普遍选择降低电力生产甚至关停。全球疫情冲击供应链,很多技术和零部件生产都遭受到潜在的供应链瓶颈,人员流动限制和物流交通限制产生了更为严重的影响。由于全球疫情冲击的不断反复,2020年下半年仍有大量原油库存。

在这个过程中,可再生能源表现抢眼,以风、光为代表的可再生能源电力生产和需求在能源结构中的比重逆势增长,各国和地区的实践都体现出了可再生能源高渗透率情景的市场可行性和技术可行性。全球电力结构正加速向低碳转型迈进。

可再生能源发展是各国能源转型的基本共识,但以往社会普遍存在一个看法,就是在可再生能源高渗透率的情景下,对电力灵活性和调节能力,以及电力市场交易等要求都更高。

当前,各国在能源转型的过程中处于不同的历史阶段,但无一例外的是,新冠疫情的影响加快了各国能源低碳转型的步伐。通过分析上述国家和地区的电力系统安全稳定运行经验,可以总结为市场保障和技术保障。

市场是优化配置的基础

电力市场健全的情况下,交易品种、交易类型、交易期限等更加灵活完善,可以为电力商品提供更多交易选择。越是完备的电力市场,越能克服信息不对称等市场缺陷,越能够更好地实现电力资源在更大范围的优化配置。

1. 开展跨省区电力市场交易

我国电力生产与电力消费的空间格局并不一致,尤其是集中式可再生能源发电项目主要集中在“三北”地区,而电力消费负荷中心多集中在东部和南部地区。空间的不匹配决定了我国跨省区电力交易市场的重要性。

2020年上半年,国家电网以市场化方式消纳可再生能源,制定了跨省区富余可再生能源现货市场建设方案和规则。自2017年8月18日启动的跨区域省间富余可再生能源电力现货交易试点,已连续运行超过1000天,电力交易市场保持活跃,有效促进了可再生能源在全国范围的优化配置。

青海省在2018-2020年连续三年实施了“绿电9日”“绿电15日”和“绿电100日”活动,这期间火电发电量占比很低,且全部以市场化手段送出省外,实现了100%使用绿色电力的目标,清洁能源发电量中也有将近1/3通过跨区交易外送。

随着电力市场化改革的持续深化,电力市场交易规模不断扩大,通过挖掘省区间电力交易的潜力,创新多种新能源交易品种,扩大新能源省间交易规模,通过电力市场发挥调节功能,提升了新能源上网消纳的比例。

2. 拓宽可再生能源市场需求

可再生能源已经成为我国能源增量的主体,但“富煤贫油少气”的能源特征决定了我国可再生能源发展的现实困难,因此,为了提高可再生能源占比,在取代化石能源的同时,还要创造新的市场需求,其中数据中心就是一个较好的选择。

我国数字经济持续增长,已经成为驱动我国经济发展的核心力量之一。数据中心数量与机架数量剧增,电力需求增长迅猛,预计2020年数据中心用电总量将达到2023亿千瓦时,占全社会用电总量的2.7%;2030年将突破4000亿千瓦时,占全社会用电总量的3.7%。

2020年5月,青海海南州大数据产业园投运,机架总规模达到10万架,一年的耗电量为57亿度,接入电站185座,为青海省新能源就地消纳提供了巨大的市场空间。2020年6月,阿里巴巴张北云计算基地绿色数据中心新能源微电网示范项目110千伏升压站综合楼主体工程封顶。早在2012年,广东省就建成了第一个100%依靠太阳能发电的数据中心,计算和验证了在光伏自供电条件下的数据中心全生命周期内用电成本的经济性。除此之外,麦当劳和苹果公司等跨国公司都提出100%使用绿电,阳光电源也加入RE100(Renewable Energy 100)绿色倡议组织。这些举措都拓宽了可再生能源的消费空间,助力全球能源低碳转型。

随着时代的进步,新生事物层出不穷,把可再生能源发展始终融入到新时代发展的进程中,是实现可持续发展目标的重要保障。

3. 依托辅助服务市场的支持

由于可再生能源发电具有随机性、波动性和间歇性的特点,其大规模应用离不开调频、调峰、调压、备用、黑启动等辅助服务市场的支持。2016年,葡萄牙以风电为主,抽水蓄能电站参与调峰,且包含了部分燃气电站发电,成功进行了全世界第一次全清洁能源持续供电107小时的实践。2017年,我国青海依靠优质调峰机组提供支撑,成功进行了全清洁能源持续供电168小时的实践。

2020年,甘肃省依托辅助服务市场及需求侧响应,深挖网内调峰能力,扩大新能源消纳规模;贵州省通过深挖火电调峰潜力、预泄腾库、科学拦洪、跨流域梯级水电联合优化调度等措施,大力提升了贵州电网清洁能源发电占比;2020年上半年,内蒙古充分利用调峰辅助服务市场调节手段,累计开展省内调峰15次,省间调峰4次,新能源增发电量7335万千瓦时,保障新能源消纳空间。

4. 实施电力用户侧需求响应

电力用户侧需求响应是电力用户根据价格信号变化等主动改变用电习惯,达到减少或推移某时段的用电负荷而响应电力供应,从而保障电网安全稳定,是需求侧管理的一种方式。通过用户侧需求响应,可以实现扩大清洁能源消纳的目的。

比如,2019年,青海省就在“绿电15日”期间实施峰谷时间段互换“绿色套餐”的创新,积极引导负荷侧30家企业157万千瓦负荷参与响应,累计增加光伏消纳电量6582万千瓦时。在实施绿电计划期间,以电价为杠杆,引导三江源地区蓄热式电锅炉作为用户侧储能参与调峰,增加光伏消纳规模。

总之,以上市场手段都是建立在我国电力体制改革深化的基础上。自2005年以来,我国经历了两轮电力体制改革,目前改革已经取得了巨大成就,数以万计电力用户直接参与电力交易,电力系统格局完全改变。无论是平台建设、市场规则还是监管机制,都显示出市场的开放程度不断提升。除了中长期交易,现货试点正在紧锣密鼓地开展,辅助服务等配套市场也在逐步探索与构建。正是依托于这些改革成就,我们能够在遭受新冠疫情危机时,利用好市场化手段,保障在可再生能源发电占比上升的情况下电力系统的安全稳定运行。

技术让电网安全稳定更有保障

除了以上市场手段引导电力生产和消费之外,还需要很多电力技术手段保障电力系统安全稳定运行。

1. 储能技术广泛应用

电力商品的特殊性决定了其生产和消费的实时平衡,而储能技术的应用破解了这种特殊性所带来的限制,在能源低碳转型的进程中,储能技术能够保障大规模集中式可再生能源电力的消纳,还能够整合各种能源品类,结合交通、建筑、工业等,发展“能源+”的新业态,形成新的商业模式。

青海省很早就开始广泛推广应用储能技术,推进国家清洁能源示范省建设。2017年6月,青海省发改委发布当年的风电开发建设方案,在全国首次提出风电项目应该按照建设规模的10%配套建设储能装置。后来由于商业模式不成熟,政策由强制改为鼓励。

经过几年的探索,受到储能项目经济性因素的制约,青海省突破性地提出并成功实践了“共享储能”的模式,截至2020年8月,基于区块链的青海共享储能交易累计成交1172笔,增发电量2624万千瓦时,有力推动了新能源产业效益的提升。

储能技术的应用可以实现电力削峰填谷,促进可再生能源消纳,加快源网荷储友好互动系统建设,而且储能系统成本正在随着商业化的进程逐渐下降。根据彭博新能源财经的数据显示,目前就实现日内削峰而言,在澳大利亚、欧洲、日本和中国,新建的两小时储能系统已经具备与燃气调峰电厂相当的成本竞争力。

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