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表1 探索情景中输电需求
4.增强消纳措施是提高可再生能源电量比重的重要保证
间歇性电源比重增加对电力系统具有重要影响。在30%可再生能源发电量情景中,间歇性电量占到13%,而在90%可再生能源发电量情景中,达到了48%。为应对高比例可再生能源电量所带来的严峻挑战,必要消纳措施必须得到增强,包括输电设施建设、常规机组与可再生能源机组灵活性改善、储能技术发展以及必要弃风弃光措施等。《前景研究》着重对规划备用、运行备用、弃风弃光电量以及储能技术等进行研究。
可再生能源比重增加对规划备用容量影响不明显。规划备用主要保证电源充裕度,包括非间歇性电源装机(火电、核电等常规机组,以及非间歇性可再生能源机组)、储能设备以及极小部分间歇性电源装机。从低需求基准情景到90%可再生能源发电量情景,规划备用无明显变化,维持在9亿千瓦左右,而且各情景中备用容量系数均为15%。另外,可再生能源电量比重增加时,间歇性电源电量比重随之增加,而非间歇性电源电量比重下降剧烈,但是装机下降幅度并不大。从低需求基准情景到90%可再生能源发电量情景,非间歇性电源机组即储能设备总容量下降仅6%,但发电量下降近40%,主要为保证电源充裕度。间歇性电源对充裕度贡献甚小,在90%可再生能源发电量情景中,风电与光伏发电总装机超过7亿千瓦,但是对规划备用贡献却不超过1亿千瓦。
短时间电力供需平衡主要由运行备用完成。根据服务类别,运行备用主要包括调频、预测误差以及事故备用;根据技术类别可分为发电备用、储能设备以及可中断负荷。随间歇性电源电量比重增加,运行备用容量随之提高,而且多数常规发电机组也由发电转为提供备用。从低需求基准情景到90%可再生能源发电量情景,总运行备用容量从6000万千瓦增加到1亿千瓦,但是可中断负荷却随之降低,这不仅与不断增加的成本有关,而且富余的常规机组容量也是重要影响因素。
随着可再生能源电量比重增加,弃风弃光电量也随之增加。可再生能源电量不能及时被电网消纳,或者储能设备不能及时存储,为保障电力系统运行,必须采取弃风弃光措施,而且弃风弃光电量随着可再生能源电量比重增加呈上升趋势。在30%可再生能源发电量情景中,弃风弃光电量达到120亿千瓦时(此情景中占间歇性电源电量比重为2%),60%情景达到了600亿千瓦时(占比4%),90%情景更是达到1500亿千瓦时(占比7%)。为减小弃风弃光电量,《前景研究》提出以下措施:(1)易发生电力阻塞区域增加输电线路容量;(2)增加备用共享,减少备用机组数量;(3)增强常规机组灵活性能,建立市场机制促进灵活性机组运行;(4)利用储能技术或可控负荷对电网灵活性进行调节;(5)提高风电预测水平;(6)建立峰谷电价机制,激励工业部门在发生弃风弃光时段进行合理利用。
间歇性电源带动储能技术发展,储能装机随间歇性电源电量比重增加而增加。储能技术不仅可以提供规划备用与运行备用容量,增强电力系统灵活性,也可减小弃风弃光量。在低需求基准情景中,2050年储能装机仅为2800万千瓦,而在30%、60%及90%可再生能源发电量情景中,分别达到了3100万千瓦、7400万千瓦以及1.42亿千瓦。新建储能设备主要以压缩空气储能为主,而抽水蓄能装机占有比重较小。
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