未來，面臨20%、30%甚至70%的不同比例新能源上網(wǎng)，電網(wǎng)需要發(fā)掘足夠的可控資源，平抑新能源的周期性和波動性，才能實現(xiàn)電網(wǎng)平衡。
（來源：微信公眾號“中國能源報” ID:cnenergy 文丨韓逸飛）
4月24日，南方電網(wǎng)公司發(fā)布的《數(shù)字電網(wǎng)推動構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)白皮書》（以下簡稱《白皮書》）預(yù)計，到2030年和2060年，我國新能源發(fā)電量占比將分別超過25%和60%，電力供給將朝著逐步零碳化方向邁進。
然而，不同的新能源發(fā)電量占比場景，也對新型能源系統(tǒng)構(gòu)建提出了不同要求。
電源類型對電網(wǎng)影響到底有多大
最新數(shù)據(jù)顯示，截至4月中旬，山西省新能源出力達到2110.7萬千瓦，首次突破2000萬千瓦，占當(dāng)時山西全網(wǎng)發(fā)電出力的63.4%。其中光伏出力828.0萬千瓦，風(fēng)電出力1282.7萬千瓦，但是山西4月15日由于沙塵暴影響，新能源電力現(xiàn)貨市場發(fā)生熔斷。對電力系統(tǒng)而言，新能源裝機和發(fā)電規(guī)模的不斷發(fā)展，迫使電網(wǎng)做出了一系列改變。
“新能源高比例并網(wǎng)將導(dǎo)致電力平衡較為困難，對電網(wǎng)的調(diào)峰能力提出更高要求。由于在電力系統(tǒng)中，發(fā)電、供電同時完成，電網(wǎng)運行必須滿足電力電量平衡約束，保持發(fā)、供電電力實時平衡，但是新能源發(fā)電具有隨機性、波動性特點。”一位電網(wǎng)專家向記者表示，“若新能源變成主體電力了，就不能還像小孩子一樣需要大家遷就，而是需要承擔(dān)起相應(yīng)的責(zé)任，照顧好自己的同時還要照顧好別人。”
在這樣的背景下，電網(wǎng)又該做出何種改變？上述電網(wǎng)專家表示，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)數(shù)字與物理系統(tǒng)深度融合的趨勢，以數(shù)據(jù)流引領(lǐng)和優(yōu)化能量流、業(yè)務(wù)流，以數(shù)據(jù)作為核心生產(chǎn)要素，打通電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能各環(huán)節(jié)信息。
不過，一位資深電力專家則持有不同觀點。他認(rèn)為，電網(wǎng)的本質(zhì)是輸電，和電源類型的關(guān)系并沒有想象中那么大。“舉例來說，路上跑的車輛從小汽車為主變成了公交車為主，道路本身需要根本性改變嗎？”
電網(wǎng)同時面對三大挑戰(zhàn)
據(jù)記者了解，目前，風(fēng)電日波動最大幅度可達裝機容量的 80%，且呈現(xiàn)一定的反調(diào)峰特性；光伏發(fā)電受晝夜、天氣、移動云層變化的影響，同樣存在間歇性和波動性。
南方電網(wǎng)公司首席技術(shù)專家饒宏在接受采訪時表示，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，電網(wǎng)面臨可靠供電、安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行三大挑戰(zhàn)。
“在可靠供電方面，風(fēng)光等新能源發(fā)電具有隨機性、波動性和間歇性，風(fēng)光新能源高度依賴自然條件，發(fā)電設(shè)備耐受極端天氣能力弱，系統(tǒng)保底供電和快速恢復(fù)能力面臨更大挑戰(zhàn)。”饒宏稱。
在電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行方面，饒宏認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)在延續(xù)目前復(fù)雜大電網(wǎng)特征的同時，由于源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)高度電力電子化，系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題更加復(fù)雜。基于傳統(tǒng)同步發(fā)電機的電力系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)，不能滿足新型電力系統(tǒng)安全運行要求。
饒宏告訴記者，在電能供應(yīng)經(jīng)濟性方面，新能源能量密度小、發(fā)電年利用小時數(shù)低，為保障高比例新能源并網(wǎng)消納、系統(tǒng)安全與可靠供電，系統(tǒng)建設(shè)和運營成本總體將上升。
西南電力設(shè)計院原副總工程師吳安平認(rèn)為，傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)模擴大時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量會相應(yīng)增大，兩者基本成正比關(guān)系，但新型電力系統(tǒng)的情況卻相反。太陽能和風(fēng)電的裝機容量越大，火電被替代數(shù)量越多，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量則變得越小。同時，傳統(tǒng)電網(wǎng)是以交流同步發(fā)電機主導(dǎo)的交流電網(wǎng)，新型電力系統(tǒng)則是擁有高比例變流器的交直流混聯(lián)電網(wǎng)；傳統(tǒng)電源出力基本穩(wěn)定可控，新能源出力則具有波動性和間歇性，因此，當(dāng)前電網(wǎng)技術(shù)正面臨大挑戰(zhàn)。
高比例新能源并網(wǎng)電網(wǎng)如何應(yīng)對
饒宏表示，初步預(yù)測，到2060年新能源發(fā)電裝機占比將超過70%，而煤電、氣電等將由主力電源轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助性的調(diào)節(jié)電源，年利用小時數(shù)將大幅下降。同時，大規(guī)模新能源并網(wǎng)后，對電網(wǎng)柔性可控提出更高要求，電網(wǎng)的特性也因為高度電力電子化而更加復(fù)雜，電網(wǎng)保障電力持續(xù)可靠供電和安全穩(wěn)定難度增大。
不同比例的新能源并網(wǎng)，對新能源本身、新型儲能技術(shù)、中小型抽水蓄能技術(shù)、電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力也提出了不同程度的要求。
盛世景資產(chǎn)管理集團智能產(chǎn)業(yè)投資部總經(jīng)理助理吳川表示，從技術(shù)邏輯來看，現(xiàn)有能源體系是以“荷”定產(chǎn)，“源”側(cè)有大量的可控能源，雙方在電網(wǎng)的調(diào)度下實現(xiàn)平衡。未來能源體系中，由于新能源逐步按照比例并網(wǎng)，導(dǎo)致電源側(cè)的技術(shù)特性發(fā)生變化，日漸失去主動穩(wěn)網(wǎng)能力，需要網(wǎng)源荷儲聯(lián)動來維持平衡。
“新能源一次電力的技術(shù)特性決定了它在未來電網(wǎng)中很難脫離儲能和系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力獨立存在。現(xiàn)階段，新能源發(fā)電的比例比較低，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)仍有較強的穩(wěn)定性，新能源通過配置一定規(guī)模的儲能，就可以實現(xiàn)順利并網(wǎng)。未來，面臨20%、30%甚至70%的不同比例新能源上網(wǎng)，電網(wǎng)需要發(fā)掘足夠的可控資源，平抑新能源的周期性和波動性，才能實現(xiàn)電網(wǎng)平衡。”吳川認(rèn)為，“從電網(wǎng)角度來看，電網(wǎng)要協(xié)調(diào)足夠的可控電源，補充和平抑新能源的波動；還要加強對極端情況的預(yù)測，以及在極端情況下主動降低非緊要負(fù)荷。”
