中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：靈活性是未來電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)。隨著新能源滲透率逐漸提高，電力系統(tǒng)功能形態(tài)日趨復(fù)雜，靈活性將成為電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃中的重點(diǎn)考量因素，考慮到電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的鎖定效應(yīng)，有必要對(duì)我國中長期靈活性需求特性及供給方式進(jìn)行研究展望。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)逐步建成，需求側(cè)資源和儲(chǔ)能將能夠參與系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)間協(xié)調(diào)互動(dòng)將成為常態(tài)。因此筆者基于中國電力“源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)劃模型”和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)生產(chǎn)模擬模型”量化測(cè)算結(jié)果，研判靈活性資源構(gòu)成及發(fā)展趨勢(shì)。
高比例新能源產(chǎn)生的靈活性需求演化趨勢(shì)
基于當(dāng)前各區(qū)域風(fēng)電、光伏發(fā)電及負(fù)荷曲線，結(jié)合未來各區(qū)域新能源裝機(jī)及負(fù)荷演化（基于國網(wǎng)能源研究院《中國能源電力發(fā)展展望（2019）》對(duì)電源裝機(jī)和負(fù)荷的展望結(jié)果），可測(cè)算未來我國各區(qū)域新能源及負(fù)荷波動(dòng)情況，進(jìn)而對(duì)中長期高比例新能源背景下我國電力系統(tǒng)靈活性需求特點(diǎn)進(jìn)行分析研判。
隨著間歇性可再生能源的裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)電和光伏出力波動(dòng)范圍日益變大。以日峰谷差為例，風(fēng)電出力日峰谷差冬季和春季較大，夏季和秋季相對(duì)較小。2035年全國風(fēng)電功率日峰谷差最大值約為1.9億千瓦，中位數(shù)約為0.9億千瓦；2050年全國風(fēng)電日峰谷差最大值約為3.0億千瓦，中位數(shù)約為1.3億千瓦。光伏出力日峰谷差春季和秋季出力最大，夏季次之，冬季出力最小。2035年全國光伏功率日峰谷差約為4.0億千瓦，中位數(shù)約為3.0億千瓦；2050年全國光伏日峰谷差最大值約為7.3億千瓦，中位數(shù)約為5.5億千瓦（見圖1、圖2）。
間歇性可再生能源與負(fù)荷疊加后的凈負(fù)荷日峰谷差增大，系統(tǒng)靈活性需求總量逐步提高，且不確定性有所增強(qiáng)，調(diào)峰難度顯著增加。2050年全國最大負(fù)荷約為23.4億千瓦，日負(fù)荷最大峰谷差約為6.0億千瓦，占最大負(fù)荷的25.7%，而考慮風(fēng)電光伏等間歇性可再生能源的凈負(fù)荷最大峰谷差約為8.0億千瓦，占最大負(fù)荷的34.2%。
分區(qū)域來看，西北地區(qū)和華北地區(qū)的電力系統(tǒng)靈活性需求量和需求比例最高，對(duì)系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力提出了較高要求。2035年，西北地區(qū)日負(fù)荷峰谷差最大值約為1.8億千瓦，占西北地區(qū)最大負(fù)荷的64.8%，華北地區(qū)日負(fù)荷峰谷差最大值約為1.8億千瓦，占華北地區(qū)最大負(fù)荷的46.2%，而到2050年，西北地區(qū)日負(fù)荷峰谷差最大值達(dá)到約3.6億千瓦，占西北地區(qū)最大負(fù)荷的92.9%，華北地區(qū)日負(fù)荷峰谷差最大值約4.1億千瓦，占西北地區(qū)最大負(fù)荷的75.8%，系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力亟需改善（見圖3）。
從日內(nèi)特性來看，凈負(fù)荷小時(shí)級(jí)變化率顯著增加，且不確定性有所增強(qiáng)，午間負(fù)荷高峰成為凈負(fù)荷低谷，每日12時(shí)至20時(shí)之間靈活性需求最大。以華北地區(qū)為例，2035年華北地區(qū)負(fù)荷一小時(shí)功率變化最大值約為0.3億千瓦，占最大負(fù)荷的6.7%，而凈負(fù)荷一小時(shí)功率變化率最大值約為0.5，占最大負(fù)荷的13.8%；2050年凈負(fù)荷一小時(shí)功率變化最大值約為1.0億千瓦，占當(dāng)年最大負(fù)荷的23.4%。隨著間歇性新能源（尤其是光伏發(fā)電）并網(wǎng)裝機(jī)比例持續(xù)擴(kuò)大，凈負(fù)荷日曲線呈現(xiàn)“鴨子”形狀，12時(shí)至20時(shí)之間，凈負(fù)荷出現(xiàn)快速增長。午間光伏大發(fā)時(shí)，原本的負(fù)荷高峰會(huì)成為凈負(fù)荷低谷，甚至在午間可能出現(xiàn)凈負(fù)荷為負(fù)的情況。在15點(diǎn)至20點(diǎn)之間，用電負(fù)荷逐漸增長疊加，光伏出力快速衰減（見圖4）。
從季節(jié)特性來看，系統(tǒng)靈活性需求的分布規(guī)律有所改變，部分地區(qū)調(diào)節(jié)壓力向春秋季轉(zhuǎn)移。以華北地區(qū)為例，負(fù)荷日峰谷差在夏季和冬季較大，而日凈負(fù)荷峰谷差在春季和秋季較大。這是由于夏季空調(diào)負(fù)荷比重大，在氣溫最高的中午形成峰值，而光伏發(fā)電日特性與空調(diào)負(fù)荷特性具有一定的正相關(guān)性，平抑了夏季的凈負(fù)荷波動(dòng)。由于冬季電采暖負(fù)荷比重較大，在氣溫較低的夜間形成峰值，而華北地區(qū)風(fēng)電日特性與電采暖負(fù)荷特性具有一定的正相關(guān)性，在一定程度上平抑了冬季的凈負(fù)荷波動(dòng)。春秋季負(fù)荷需求與新能源出力正相關(guān)性相對(duì)較低，且負(fù)荷需求水平低于夏季和冬季，凈負(fù)荷峰谷差受新能源影響程度更大。
源網(wǎng)荷儲(chǔ)框架下的系統(tǒng)全環(huán)節(jié)靈活性資源
源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)是能源系統(tǒng)中的主要構(gòu)成部分，在能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下各環(huán)節(jié)不同元素間將存在更多協(xié)調(diào)互動(dòng)。系統(tǒng)調(diào)度將以整體最優(yōu)為目標(biāo)，統(tǒng)籌安排源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行策略，充分發(fā)揮各類資源特點(diǎn)，以靈活高效的方式共同推動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，促進(jìn)清潔能源高效消納。
未來電力系統(tǒng)中靈活性資源的來源將趨于廣泛，在電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能側(cè)均有涉及。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，靈活性資源主要以各類可調(diào)節(jié)電源及抽水蓄能電站為主。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)逐步建成，電網(wǎng)運(yùn)行方式將更加靈活優(yōu)化，需求響應(yīng)和各類新型儲(chǔ)能將更加高頻地參與電力供需平衡，靈活性資源的形式日益多元。在電源側(cè)，氣電和水電是優(yōu)質(zhì)的靈活調(diào)節(jié)電源，同時(shí)可通過合理的輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制結(jié)合靈活性改造激發(fā)煤電調(diào)節(jié)潛力，未來光熱電站發(fā)展成熟后也將為系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)作出一定貢獻(xiàn)。在電網(wǎng)側(cè)，可統(tǒng)籌送受端的調(diào)峰安排，制定更加靈活的電網(wǎng)運(yùn)行方式，鼓勵(lì)跨省、跨區(qū)共享調(diào)峰與備用資源。在負(fù)荷側(cè)，可大力發(fā)展需求響應(yīng)，設(shè)計(jì)合理的激勵(lì)資金保障機(jī)制，優(yōu)化峰谷電價(jià)和尖峰電價(jià)機(jī)制，結(jié)合現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)探索實(shí)時(shí)電價(jià)。在儲(chǔ)能側(cè)，可在條件適宜地區(qū)穩(wěn)步推進(jìn)抽水蓄能發(fā)展，鼓勵(lì)電化學(xué)儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能投資建設(shè)（見表）。
靈活性提升宜“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”多措并舉，形成系統(tǒng)優(yōu)化方案。雖然在電源側(cè)新建機(jī)組項(xiàng)目是當(dāng)前的常規(guī)選項(xiàng)，但在電網(wǎng)側(cè)全局優(yōu)化挖潛、在負(fù)荷側(cè)和儲(chǔ)能側(cè)加快培育新動(dòng)能，既是高質(zhì)量發(fā)展的應(yīng)有之義，也是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)?；谖覈娏Πl(fā)展展望結(jié)果，可計(jì)算中長期各區(qū)域靈活性調(diào)節(jié)資源構(gòu)成。從全國整體來看，源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)四個(gè)環(huán)節(jié)靈活性資源比重將由當(dāng)前的以電源調(diào)節(jié)為主逐步演變?yōu)?035年的61%∶12%∶10%∶17%、2050年的44%∶12%∶13%∶31%?？梢?，電源側(cè)各類資源仍將長期發(fā)揮關(guān)鍵作用，但跨區(qū)互濟(jì)、需求響應(yīng)、儲(chǔ)能等新型靈活性資源的重要性愈加凸顯。
源網(wǎng)荷儲(chǔ)各類靈活性資源運(yùn)行特性展望
隨著新能源滲透率持續(xù)提升，煤電、氣電、水電和光熱發(fā)電等電源將共同發(fā)揮調(diào)節(jié)補(bǔ)償作用。煤電除部分高參數(shù)大容量機(jī)組及熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組承擔(dān)基荷外，將發(fā)揮重要調(diào)峰作用。氣電、水電等靈活性電源也將成為系統(tǒng)重要的調(diào)節(jié)資源。在西北地區(qū)，未來光熱發(fā)電的系統(tǒng)價(jià)值將逐步凸顯，在晚高峰時(shí)段發(fā)揮電力支撐作用。此外，在新能源滲透率較高的情況下，風(fēng)電和光伏發(fā)電也將以合理?xiàng)夛L(fēng)、棄光的形式參與調(diào)峰，促進(jìn)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。
跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行方式將更加靈活、有力支撐清潔能源高效配置。與調(diào)節(jié)電源、儲(chǔ)能等相比，互聯(lián)電網(wǎng)雖然本身不生產(chǎn)和消耗電力，無法直接參與供需平衡，但通過在空間維度實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互濟(jì)，有效挖掘并利用不同區(qū)域間的凈負(fù)荷時(shí)序互補(bǔ)特性，可產(chǎn)生與其他靈活性調(diào)節(jié)資源類似的效果。在高比例新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行中，各通道輸電功率可隨各區(qū)域新能源可調(diào)出力與負(fù)荷需求等因素進(jìn)行逐時(shí)調(diào)整變化，通過合理安排跨區(qū)域電力配置方案，可有效降低各區(qū)域凈負(fù)荷波動(dòng)。以2035年和2050年冬季典型周生產(chǎn)模擬結(jié)果為例，午間時(shí)段西北地區(qū)光伏大發(fā)而負(fù)荷需求有限，電網(wǎng)通過提高電力外送水平，與各類可控電源一起參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，平抑凈負(fù)荷曲線波動(dòng)。其中，2050年由于新能源裝機(jī)規(guī)模更大，凈負(fù)荷波動(dòng)程度更強(qiáng)，此時(shí)電網(wǎng)輸電功率逐時(shí)變化程度更高，為系統(tǒng)調(diào)峰和新能源消納作出更大貢獻(xiàn)（見圖5、圖6）。
需求響應(yīng)將更加高頻度地參與系統(tǒng)運(yùn)行，提高系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力。當(dāng)前需求響應(yīng)的典型運(yùn)行方式是針對(duì)負(fù)荷曲線削峰填谷，且通常僅在夏季峰荷時(shí)段與春節(jié)低谷時(shí)段開展。未來在源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)發(fā)展背景下，需求響應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的參與將更加常態(tài)化、精細(xì)化、自動(dòng)化，其主要價(jià)值將由緩解極端時(shí)段電力供需緊張形勢(shì)轉(zhuǎn)為促進(jìn)新能源消納。以2035年和2050年西北地區(qū)冬季典型周生產(chǎn)模擬結(jié)果為例，午間光伏大發(fā)時(shí)段發(fā)生可時(shí)移負(fù)荷轉(zhuǎn)入，在上午和傍晚凈負(fù)荷局部高峰時(shí)段發(fā)生負(fù)荷削減與可時(shí)移負(fù)荷轉(zhuǎn)出。
儲(chǔ)能將在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，根據(jù)凈負(fù)荷波動(dòng)安排運(yùn)行策略。儲(chǔ)能的跨時(shí)間轉(zhuǎn)移與電網(wǎng)跨空間轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)將發(fā)揮協(xié)同互補(bǔ)作用，成為電力系統(tǒng)中重要的平衡資源。在不同條件下，“一充兩放”、“兩充兩放”將是儲(chǔ)能的典型運(yùn)行模式，在午間光伏大發(fā)時(shí)段及夜間負(fù)荷低谷時(shí)段儲(chǔ)能完成充電，在上午凈負(fù)荷局部高峰時(shí)段及晚高峰時(shí)段儲(chǔ)能完成放電。以2050年冬季典型周生產(chǎn)模擬結(jié)果為例，由于光伏發(fā)展規(guī)模較大，光照充足時(shí)午間將成為儲(chǔ)能主要的充電時(shí)段，僅在光照條件有限時(shí)儲(chǔ)能會(huì)在夜間負(fù)荷低谷時(shí)段充電，通過對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行填谷，促進(jìn)新能源發(fā)電消納；另外在凈負(fù)荷曲線高峰時(shí)段通過儲(chǔ)能放電進(jìn)行削峰，支撐系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。
政策建議
一是樹立“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)調(diào)規(guī)劃理念。在電力規(guī)劃中考慮需求響應(yīng)和儲(chǔ)能等元素，從系統(tǒng)全局優(yōu)化角度統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲(chǔ)各類元素發(fā)展規(guī)模。對(duì)于需求側(cè)資源和儲(chǔ)能能夠切實(shí)發(fā)揮系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用的，應(yīng)考慮納入輸配電價(jià)成本核定范疇，推動(dòng)需求側(cè)資源和儲(chǔ)能的健康高效發(fā)展，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。
二是建立健全相關(guān)市場(chǎng)機(jī)制。加快構(gòu)建現(xiàn)貨市場(chǎng)，體現(xiàn)不同時(shí)空下電力的差異化價(jià)值，充分還原電力的商品屬性，以市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)供需動(dòng)態(tài)優(yōu)化平衡。健全輔助服務(wù)市場(chǎng)，鼓勵(lì)柔性可控負(fù)荷與儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，完善對(duì)各類靈活性資源的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制。
三是推動(dòng)用戶側(cè)業(yè)態(tài)和模式創(chuàng)新。培育負(fù)荷聚合商、能源服務(wù)商等新型市場(chǎng)主體，整合分散的用戶側(cè)調(diào)節(jié)資源并擔(dān)?？尚湃萘?，解決用戶側(cè)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)存在的響應(yīng)單元數(shù)量眾多、布局分散且不確定性強(qiáng)的問題，提高用戶側(cè)資源參與系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)的可行性。
四是完善需求響應(yīng)和儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)體系。針對(duì)需求響應(yīng)和儲(chǔ)能等新型靈活性資源，針對(duì)設(shè)備功率變化特性、參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)特性、與負(fù)荷聚合商及調(diào)度機(jī)構(gòu)的通信交互等問題，建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，增強(qiáng)新型靈活性資源的可靠性。（文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)）
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2020年06期，張寧、 盧靜、代紅才供職于國網(wǎng)能源研究院有限公司
