構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，以風電、光伏為主的新能源將成為新增電能供應的主體，但由于新能源發(fā)電固有的強隨機性、波動性和間歇性，大規(guī)模新能源接入電網后，電力系統(tǒng)的電力電量時空平衡難度將顯著加大。因此，要保障不同時間尺度電力供需平衡和新能源高水平消納，關鍵是提升新型電力系統(tǒng)的靈活調節(jié)能力。
大量電力電子裝備接網
將影響電力系統(tǒng)調節(jié)能力
在超短周期（毫秒至秒級）調節(jié)方面，新能源出力快速波動且頻率和電壓耐受能力不足、穩(wěn)定難度加大。風電、光伏采用電力電子裝備接入電網，大規(guī)模接入將使電力系統(tǒng)轉動慣量減小，降低系統(tǒng)抗擾動能力，導致系統(tǒng)故障時頻率、電壓波動加劇。此外，電力電子裝備本身抗干擾能力也弱于常規(guī)機電設備，系統(tǒng)故障時風電、光伏機組易大規(guī)模脫網，可能引發(fā)嚴重連鎖故障。
在短周期（分鐘至小時級）調節(jié)方面，新能源短時出力隨機性和波動性易造成系統(tǒng)頻率和潮流控制困難。據統(tǒng)計，單個新能源場站小時級最大功率波動可達裝機容量的15-25%，2小時最大波動可達40%；考慮整體區(qū)域新能源功率波動，以廣東為例，2小時最大波動可達20-35%。高比例新能源接入電網后，常規(guī)電源不僅要跟蹤負荷變化，還要平衡新能源出力波動，大幅增加了電力系統(tǒng)調節(jié)難度。
在日內調節(jié)方面，新能源發(fā)電特性與用電負荷日特性匹配度差，將增加電力系統(tǒng)調峰壓力。風電反調峰特性顯著，凌晨負荷較低而風電出力處于較高水平，午時或晚間負荷較高而風電出力處于較低水平，導致電力系統(tǒng)凈負荷峰谷差增大，加劇調峰難度。以廣東海上風電為例，單個風電場反調峰深度達50%，海上風電機群反調峰平均深度達22%。此外，在部分光伏滲透率較高的地區(qū)，也出現了午間腰荷時段的調峰難問題。
在多日、周時間尺度調節(jié)方面，新能源發(fā)電“靠天吃飯”特征明顯，將增加電力系統(tǒng)供需失衡風險。受氣象條件影響，新能源出力可能出現較長時間偏低的情況，如長時間陰雨天導致光伏出力持續(xù)偏低；臺風來襲時，風機會自動處于停轉順槳狀態(tài)，以降低葉片受損風險；在極寒天氣條件下，新能源設備耐受能力脆弱，將導致出力受限甚至停機。
從供給側、需求側、電網側
分別提升電力系統(tǒng)靈活性
供給側：提高靈活調節(jié)電源占比
我國靈活性調節(jié)電源裝機占比不足6%，遠低于歐美國家水平。筆者認為，提高靈活性調節(jié)電源占比是提升新型電力系統(tǒng)靈活性的關鍵。
新型儲能響應速度最快可以達到毫秒級，持續(xù)放電時間在分鐘至小時級，充放電轉換較為靈活，適用于解決新能源短時波動性問題，可提高新能源并網性能。在超短周期調節(jié)方面，按照行業(yè)技術標準規(guī)定，新能源場站應滿足具備≥10%額定負荷調節(jié)能力的要求，若新能源場站按裝機容量的10%配置儲能，可從源頭解決新能源出力快速波動的問題，提升系統(tǒng)一次調頻能力。在短周期調節(jié)方面，為滿足平抑新能源分鐘至小時級最大波動幅度的要求，新能源場站宜按裝機容量的15-20%配置儲能。
抽水蓄能技術經濟優(yōu)勢明顯，可進行大規(guī)模能量充放，放電時間達小時及以上，適合長時間尺度電網調峰及電力平衡場景，并能根據庫容大小，發(fā)揮日內調峰甚至周調節(jié)作用。大力發(fā)展抽水蓄能，有助于解決新能源間歇性問題，提升系統(tǒng)調峰能力、系統(tǒng)安全性及特殊天氣場景下的電力供應保障能力。因此，建議做好中長期抽水蓄能電站選點規(guī)劃和站址保護，優(yōu)化抽水蓄能電站布局和投產時序，優(yōu)先在新能源集中開發(fā)地區(qū)和負荷中心布局建設。推進大容量高水頭抽水蓄能機組科技創(chuàng)新，開展中小型、可變速抽水蓄能技術研究。
煤電原則上具備秒級以上全時間尺度調節(jié)能力，通過煤電靈活性改造，可以進一步挖掘日內調峰能力。當前，煤電靈活性改造技術成熟、成本低、施工周期短，是短期提升電力系統(tǒng)靈活性的較優(yōu)選擇。南方五省區(qū)具備改造條件的煤電裝機超過1億千瓦，全部改造后可增加1500萬千瓦以上的調峰能力，改造潛力大。因此，建議加大力度推動具備改造條件的煤電機組“應改盡改”。
水電擴機主要通過對擁有調節(jié)水庫的已建水電站進行擴建，具有投資少、造價低、工期短的優(yōu)點。南方區(qū)域瀾滄江、金沙江、烏江、紅水河等流域部分調節(jié)能力較好的水電站均具備擴機條件，積極推進水電擴機，不僅可以提高水能利用率、增強系統(tǒng)日內調峰能力，還有助于保障電網安全穩(wěn)定運行，提高電力系統(tǒng)整體效率。
調峰氣電具有啟停速度快、運行靈活的優(yōu)點，原則上同樣具備全時間尺度調節(jié)能力。但受碳減排目標、氣源供應和氣價高等影響，氣電發(fā)展空間相對有限。
需求側：加大電力需求響應力度
電力需求響應速度可達秒級，具有優(yōu)異的調節(jié)能力，是提升新型電力系統(tǒng)靈活性的強有力支撐。
電力負荷是最主要的需求側資源，分為工業(yè)負荷、商業(yè)負荷和居民負荷。其中，工業(yè)負荷響應意愿取決于調節(jié)收益與生產成本增加間的權衡；商業(yè)負荷資源潛力較為可觀且靈活易控，是提升需求側靈活調節(jié)能力的基礎資源；居民負荷空間分布過于分散、控制難度大，目前仍缺乏關鍵技術和設備支撐，調節(jié)潛力有待挖掘。
用戶側儲能響應速度快、調控靈活，可在促進新能源高效消納、增強用戶互動響應能力等方面發(fā)揮突出作用。此外，考慮氫能制備與存儲技術的更新突破，氫儲能未來有望以低成本方式在需求側大規(guī)模應用，并通過電-氫間的靈活轉換進一步增強需求側多能互補能力。
電動汽車可視為移動式儲能裝置，是調節(jié)潛力巨大的需求側資源。據統(tǒng)計，2020年全國電動汽車保有量400萬輛，按每輛28千瓦時計算，電池儲能容量達1.12億千瓦時。未來依托車網互動技術及成熟的電動汽車儲能商業(yè)模式，可充分調動電動汽車的儲能特性。
虛擬電廠通過協(xié)同控制的方式聚合電力負荷、用戶側儲能、電動汽車及用戶側電源等需求側資源，以滿足內部用能需求、響應外部系統(tǒng)變化，使電力系統(tǒng)需求側由傳統(tǒng)的“消費者”向“產消者”過渡，將是新型電力系統(tǒng)需求側資源整合的重要平臺。
我國需求響應尚處于試點階段，目前已在廣東、江蘇、上海等地試點推廣，2021年廣東開展市場化需求響應交易結算試運行，日最大響應容量達100.7萬千瓦?？傮w而言，需求響應實施的范圍和規(guī)模仍較小，需求側可調節(jié)潛力亟待開發(fā)挖掘。近中期，按照需求響應規(guī)模達最大用電負荷的5%左右考慮，南方五省區(qū)需求響應能力將超過1500萬千瓦。
電網側：加強電網互聯(lián)提升互濟能力
電網作為資源優(yōu)化配置的支撐平臺，是提升新型電力系統(tǒng)靈活性的重要補充。建設跨省區(qū)電力互聯(lián)通道，提高存量輸電通道利用率，可進一步發(fā)揮跨省區(qū)電網互濟能力，擴大平衡區(qū)域范圍，實現時間和空間上的擴展和互補，在一定程度上減少因系統(tǒng)靈活性不足導致的棄能現象。同時，有效解決新能源由于多日、周時間尺度出力不穩(wěn)定而導致的供需失衡問題。
輔助服務等靈活性
配套措施不可或缺
同時，應加快完善輔助服務市場，明確補償機制，調動企業(yè)實施煤電靈活性改造的積極性；加快建立新型儲能價格形成機制，推動“新能源+儲能”激勵機制落地，提高新能源發(fā)電企業(yè)配置儲能的積極性；加快建設區(qū)域統(tǒng)一電力市場，逐步建立跨省區(qū)資源優(yōu)化配置與省內實時平衡的市場模式，在更大空間范圍內實現電力資源優(yōu)化配置。
此外，還應健全完善電力需求響應政策機制。通過峰谷電價、尖峰電價、可中斷負荷電價等電價政策引導需求側資源參與系統(tǒng)調節(jié)。遵循公平合理的原則，建立“誰受益、誰出資”的長效激勵機制，實現需求響應從臨時性、緊急性舉措逐漸轉變?yōu)槌B(tài)化調節(jié)手段。大力發(fā)展自動需求響應、負荷聚集、節(jié)約電力測量與驗證等關鍵技術，開展試點建設和應用示范，支撐需求響應推廣應用。
（作者系南方電網能源發(fā)展研究院電力規(guī)劃中心主任）
