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图1 新型电力系统形态发展逻辑
Fig.1 Development logic of the new power system form
新型电力系统形态的驱动力主要包括3类,分别是模式创新、技术创新和机制创新。
1)模式创新能够通过整合内外部生产要素,促进参与市场主体竞争合作,实现创新服务、提升效率效益等价值创造,催生新模式新业态,为新型电力系统发展形态提供动力。
2)技术创新能够通过原理突破、设备创新、技术经济性提升等,强化新型电力系统物质基础、控制手段等,对新型电力系统形态发展产生重要影响。
3)机制创新能够通过国家政策文件、行业发展规划价格机制等,发挥战略指引、营造良好制度环境、打造发展合力等作用,推动新型电力系统向特定形态发展。
新型电力系统形态驱动力如图2所示。
图2 新型电力系统形态发展的三大驱动力
Fig.2 Three boosting forces for development of the new power system form
考虑源网荷储等要素形态计算方法差别,将新型电力系统形态分为电源、输电网、配电网、负荷、储能等5个方面的形态。在计算流程上,在开展机制创新、技术创新、模式创新驱动力分析之后,对形态推演功能进行选择,以便明确是开展电源、输电网、配电网、负荷、储能等单一方面发展形态分析,还是2个及以上组合的发展形态分析,这是因为不同方面发展形态分析需要的参数设定不同。通过基础参数、驱动力参数两部分构建输入参数,然后计算新型电力系统形态,最后开展绿色、安全、经济、民生等4个维度的综合评价。新型电力系统形态量化推演的计算流程如图3所示。通过驱动力分析、形态分析、综合评价等环节联动,能够实现形态发展分析功能,并通过反馈综合评价结果修正驱动力参数,进而对评价提升效果进行验证,实现驱动力优化分析功能。
图3 新型电力系统形态量化推演的计算流程
Fig.3 Calculation process of the new power system form quantitative gaming
2.
功能设计
2.1 整体功能
通过上述计算流程,能够实现新型电力系统形态推演两个功能,分别为
1)形态发展分析。在驱动力量化分析基础上,针对典型场景,分析新型电力系统的形态及演进路径,给出特定发展形态的评价指标,反映新型电力系统的发展阶段;
2)驱动力优化分析。设定驱动力参数变量后,计算新型电力系统形态及综合评估结果,分析评估指标与发展目标差异,基于驱动力敏感性分析对驱动参数进行修正,并重复上述过程,通过循环分析提出驱动力优化建议。
2.2 驱动力分析
2.2.1 模式创新分析
随着新型电力系统中市场主体增多,相关主体通过创新竞合模式推动价值创造,将对新型电力系统形态发展产生重要影响。从电力系统迫切需求看,这些价值创造将聚焦在系统灵活资源需求、新能源出力波动性平抑、用户用能成本降低等方面。
1)在灵活性资源需求方面,主要包括需求响应、车-网互动、虚拟电厂等模式。
2)在新能源出力波动性平抑方面,主要包括电-氢耦合、源网荷储一体化等模式。
3)在用户用能成本降低方面,主要包括综合能源系统等模式。
模式创新分析需要具备对上述模式运行特性及效率效益的计算能力,支撑新型电力系统形态分析中相关模式发展规模测算,如图4所示。
图4 模式创新分析功能
Fig.4 Model innovation analysis function
2.2.2 技术创新分析
新型电力系统构建过程中面临诸多挑战。从电力保供看,一方面随着能源绿色低碳转型、新能源发电快速发展,虽然高比例新能源发电提供的电量贡献更加显著,但电力贡献较弱,季节上大风期和冬夏用电高峰期不一致,负荷高峰期新能源出力近60%时间处于装机容量15%以下,日内极热无风、晚峰无光,高比例分布式光伏接入地区遇到“鸭子曲线”难题,发电能力与用电需求不匹配,难以有效发挥顶峰作用;另一方面,常规电源调节深度有限,储能等新型资源受技术成本影响调节能力和持续时间有待提升,难以满足系统调节需求。从电网安全看,高比例电力电子设备广泛接入,造成系统动态支撑调节能力较弱,电网安全运行风险显著加大。
面对这些挑战,需要扎实贯彻落实国家创新驱动发展战略,抓住科学技术第一生产力,推动电力高水平科技自立自强,支撑新型电力系统高质量构建。对新型电力系统构建具有重要影响的技术大致可分为4类,分别是降碳减排技术、系统稳定技术、灵活互动技术、全局影响技术。
1)降碳减排技术。主要包括碳捕集、碳捕集利用与封存技术(carbon capture, utilization and storage,CCUS),以及风电、光伏等新能源技术,突破这些技术能够显著影响火电发展转型,加速提升新能源装机并网规模,对电源结构布局具有直接影响。
2)系统稳定技术。主要包括新能源功率预测、柔性输电、系统仿真计算等技术,推动这些技术成熟应用,能够促进大规模新能源并网的友好性,提升新型电力系统的平衡保供和安全稳定运行能力。
3)灵活互动技术。主要包括新型储能、微电网、虚拟电厂、需求响应等技术,这些技术发展能够显著提升电力系统灵活响应能力,对解决负荷尖峰、提升供电可靠性具有重要作用。
4)全局影响技术。主要包括可控核聚变、无线电能传输等技术,这些技术一旦取得突破,能够颠覆性改变电力系统生产组织方式,对新型电力系统发展形态具有巨大影响。
对上述技术进行跟踪,开展技术成熟度评估,预测技术经济性发展趋势,形成新型电力系统形态分析中技术应用规模测算的输入,是技术创新分析功能的主要内容,如图5所示。
图5 技术创新分析功能
Fig.5 Technology innovation analysis function
2.2.3 机制创新分析
新型电力系统是一个涉及全社会各环节的开放的复杂巨系统,需要统筹各方力量,充分发挥有为政府、有效市场的推动作用,形成发展合力,引导新型电力系统向科学形态发展。从对新型电力发展形态的影响机理看,机制创新驱动力分析需要实现两大功能。
1)对新型电力系统相关政策文件、发展规划等信息进行分析,包括对非结构化、半结构化信息利用德尔菲、层次分析、系统动力学等分析方法,量化分析上述信息在凝聚各方共识、明确发展方向等方面的潜在引导作用;对结构化信息进行提取,形成新型电力系统形态分析的预期性、约束性指标集合。
2)对新型电力系统相关产业政策、市场机制进行分析,包括对非结构化、半结构化信息分析其在提升各方信心、提升合作积极性、引导市场主体行为改变等方面的作用进行分析,形成影响新型电力系统发展形态的量化指标;对结构化信息进行提取,形成新型电力系统形态的机制边界条件,例如提取电价数据,成为新型电力系统形态分析中相关经济效益测算的输入。
机制创新分析的功能设计如图6所示。
图6 机制创新分析功能
Fig.6 Mechanism innovation analysis function
2.3 新型电力系统形态分析
2.3.1 参数设定
参数设定主要包括基础参数和驱动力参数两个部分。基础参数用于汇集梳理新型电力系统形态分析需要的基础数据,主要包括电源、电网、负荷、GIS数据、设备台账等现状数据。
驱动力参数实现与驱动力分析的接口互动,主要功能是将驱动力分析的计算结果进行汇集整理,作为新型电力系统形态分析的输入。例如,与机制创新分析接口,获取电力系统发展预期性、约束性指标,以及电价等重要参数变量,作为新型电力系统形态的边界条件;与技术创新分析接口,获取风电、光伏等技术经济性趋势预测数据,支撑新型电力系统形态中风电、光伏规模测算;与模式创新分析接口,获取车-网互动、源网荷储一体化等典型模式的运行特性及效率效益,支撑新型电力系统形态中车-网互动、微电网的发展规模测算。
2.3.2 电源形态分析
电源形态分析主要实现煤电、水电、集中式新能源的发展推演功能,以碳减排目标、负荷发展,以及CCUS、风电、光伏、电-氢耦合等技术经济性预测构建典型场景,以电力系统建设运维成本最低为目标,利用电力生产模拟等方法,计算煤电、水电、集中式新能源的发展规模、结构和布局,如图7所示。
图7 电源形态分析功能
Fig.7 Power source form analysis function
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