江蘇，正在不遺余力地加快實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源電力系統(tǒng)。如何在保持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，提升可再生能源的裝機(jī)和利用水平，是江蘇面臨的巨大挑戰(zhàn)。
芬蘭科技集團(tuán)瓦錫蘭（W?rtsil?）和中國電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院（EPPEI）共同完成的電力系統(tǒng)建模顯示，江蘇能夠從增加可再生能源裝機(jī)以及提升電力系統(tǒng)的靈活性中受益，從而滿足日益增長的電力需求和實(shí)現(xiàn)碳排放目標(biāo)。
瓦錫蘭發(fā)布的《中國江蘇正邁向高可再生能源的未來》白皮書，詳細(xì)說明了如何在保持系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)，構(gòu)建大規(guī)模可再生能源整合的最優(yōu)途徑。白皮書指出，靈活的電力平衡能力，如燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)（ICE）發(fā)電廠和儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于可再生能源并網(wǎng)及電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行至關(guān)重要。
高比例可再生能源的挑戰(zhàn)
作為能源消費(fèi)大省，江蘇正在迫切地調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以達(dá)成在全國率先實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”的目標(biāo)?；茉聪M(fèi)是江蘇碳排放的主要來源，因此大力發(fā)展可再生能源、降低化石能源消費(fèi)的比重是江蘇實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”目標(biāo)的關(guān)鍵所在。
目前江蘇省內(nèi)電力裝機(jī)仍以煤電為主，但可再生能源裝機(jī)的比重正在逐年提升，江蘇同時(shí)也在積極引進(jìn)區(qū)外清潔電力。
2018年底，江蘇煤電裝機(jī)7880萬千瓦，占全省總裝機(jī)的比重為62.3%，風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)2190萬千瓦，占比17.2%。而截至今年2月，江蘇風(fēng)電和光伏發(fā)電的裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到3290萬千瓦，占全省總裝機(jī)的比例為23%。相比2018年，江蘇可再生能源占全省電力總裝機(jī)的比重提升了5.8%。
江蘇可再生能源仍有巨大的開發(fā)潛力，國家發(fā)改委能源研究所的研究顯示，江蘇風(fēng)電理論上最大開發(fā)容量為9500萬千瓦（含海上風(fēng)電2000萬千瓦），光伏發(fā)電9000萬千瓦。
根據(jù)國網(wǎng)江蘇電力“十四五”規(guī)劃，到2025年底，江蘇風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到5200萬千瓦、光伏發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到3800萬千瓦，兩者占全省發(fā)電總裝機(jī)的比重接近50%。
除了發(fā)展省內(nèi)可再生能源，江蘇省也在提升區(qū)外清潔來電的比重，以滿足自身能源需求。2020年夏季，江蘇區(qū)外來電已經(jīng)占到全省用電最高負(fù)荷的24%。
根據(jù)瓦錫蘭發(fā)布的《中國江蘇正邁向高可再生能源的未來》白皮書，其電力建模結(jié)果顯示，在化石能源方面，由于江蘇燃煤發(fā)電裝機(jī)容量保持不變，這一比例將繼續(xù)從2018年的高于60%下降到2030年的約20%-30%。燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)比例（包括非調(diào)峰燃?xì)廨啓C(jī)、調(diào)峰燃?xì)廨啓C(jī)和可調(diào)峰的靈活內(nèi)燃機(jī)電站）則在不同情況下的差異很大。
在非化石能源方面，核電和抽水蓄能裝機(jī)容量變化不大，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的裝機(jī)容量將呈現(xiàn)顯著的增長。與2018年的23.6%相比，基準(zhǔn)場景下非化石能源裝機(jī)容量比例達(dá)到30%，中等可再生能源場景下達(dá)到45%，高可再生能源場景下將達(dá)到56%。
根據(jù)白皮書，在高可再生能源場景下，碳排放將在2030年前達(dá)到峰值，碳排放強(qiáng)度將下降約45%，并將累計(jì)節(jié)約總成本近640億元人民幣。
大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)以及區(qū)外清潔來電是江蘇減少碳排放的重要手段，但也加劇了以煤電為主的電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。風(fēng)電和光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性特征，大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，影響電力系統(tǒng)的功率平衡和安全穩(wěn)定性。同時(shí)，區(qū)外來電由于不參與深度調(diào)峰，使得江蘇省內(nèi)靈活性電源資源更為緊張。
上述白皮書指出，為滿足省內(nèi)用電需求，江蘇省將重點(diǎn)發(fā)展燃?xì)獍l(fā)電、儲(chǔ)能、抽水蓄能和多種類型的可再生能源等。隨著低碳發(fā)電轉(zhuǎn)型進(jìn)程的加快，大量可再生能源并網(wǎng)，不僅給江蘇電網(wǎng)保障供電帶來進(jìn)一步壓力，對(duì)全省電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性也會(huì)構(gòu)成一些挑戰(zhàn)。
破解之道
有專家曾指出，為了應(yīng)對(duì)高比例可再生能源并網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)，可再生能源將承擔(dān)一部分負(fù)荷平衡的任務(wù)，傳統(tǒng)機(jī)組不再獨(dú)立滿足負(fù)荷。
而滿足可再生能源負(fù)荷平衡的關(guān)鍵在于提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力?！办`活性電源對(duì)江蘇電力系統(tǒng)非常重要?！蓖咤a蘭中國市場發(fā)展總經(jīng)理周秦聲表示，“江蘇可調(diào)節(jié)性水電裝機(jī)不多，在冬夏用電高峰電網(wǎng)峰谷差較大、需求波動(dòng)劇烈及未來可再生能源出力越來越多時(shí)，靈活性電源尤其是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電可以發(fā)揮重要作用?！?
提升電力系統(tǒng)靈活性，是江蘇大規(guī)模接入可再生能源的重要保障。
按照白皮書建議，未來對(duì)電力的需求以及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性的需要可以通過以下方式得到滿足：在電力系統(tǒng)中建設(shè)和并入大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電，以此來降低系統(tǒng)的成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更加具有可持續(xù)性的能源生產(chǎn)；根據(jù)“減煤量”“等煤量”政策，提升燃煤電廠的靈活性；為可再生能源的并入和平衡，增加靈活的發(fā)電解決方案，包括高效的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)電站和電池儲(chǔ)能電站；增加所需的峰值容量，包括燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)電站、燃?xì)廨啓C(jī)和電池儲(chǔ)能電站等。
“沒有足夠的激勵(lì)其實(shí)很難提升電力系統(tǒng)的靈活性?！敝芮芈曊J(rèn)為，“現(xiàn)在很多省陸續(xù)出臺(tái)了調(diào)峰調(diào)頻市場交易規(guī)則，價(jià)格機(jī)制逐漸建立起來，市場運(yùn)行機(jī)制能夠體現(xiàn)靈活性電源的價(jià)值?！?
為了提升靈活性電源參與輔助服務(wù)市場的積極性，江蘇也在不斷完善相關(guān)市場機(jī)制。江蘇陸續(xù)印發(fā)了《江蘇電力輔助服務(wù)（調(diào)峰）市場交易規(guī)則》《江蘇電力輔助服務(wù)（調(diào)頻）市場交易規(guī)則（試行）》，鼓勵(lì)儲(chǔ)能資源、大用戶參與電力輔助服務(wù)市場。今年春節(jié)期間，江蘇還進(jìn)行了電力可調(diào)負(fù)荷輔助服務(wù)市場試運(yùn)行，以挖掘用戶側(cè)調(diào)節(jié)負(fù)荷的潛力。
根據(jù)江蘇電力裝機(jī)特點(diǎn)，未來燃?xì)獍l(fā)電將主要承擔(dān)調(diào)峰作用。瓦錫蘭發(fā)布的白皮書指出，在低、中、高可再生能源情況下，燃煤發(fā)電仍將是發(fā)電結(jié)構(gòu)的主要組成部分，并將繼續(xù)在保障基本負(fù)荷方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。當(dāng)可再生能源比例增加時(shí)，燃?xì)獍l(fā)電更多起到調(diào)峰作用，隨著燃?xì)獍l(fā)電從基荷和中期價(jià)值向調(diào)峰應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，燃?xì)獍l(fā)電的使用時(shí)間也將相應(yīng)減少。
到2030年，燃煤發(fā)電機(jī)組的年利用小時(shí)數(shù)在高可再生能源情況下為4224小時(shí)，在中等可再生能源情況下為5215小時(shí)，在基準(zhǔn)（低可再生能源）情況下為5995小時(shí)。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)分別為641小時(shí)、817小時(shí)和1085小時(shí)。
對(duì)于煤電靈活性改造，周秦聲認(rèn)為，煤電的靈活性是有限的，頻繁的啟停會(huì)增加機(jī)組的運(yùn)行成本。如果電力系統(tǒng)內(nèi)有更靈活的電源，煤電只需作為基荷而不需要深度參與輔助服務(wù)。
周秦聲表示，儲(chǔ)能的應(yīng)用前景非常明朗，現(xiàn)在還需要快速降低成本，保障安全性。此外，靈活內(nèi)燃機(jī)也具備平衡和快速響應(yīng)能力，能夠應(yīng)用于多種場景。
