中國儲能網(wǎng)訊：我國西南地區(qū)水風光等資源豐富，經(jīng)過20多年水電開發(fā)，已形成世界上規(guī)模最大的水電系統(tǒng)；近10年來，風光新能源也快速發(fā)展。在“雙碳”目標驅(qū)動下，未來新能源必將超過水電成為西南地區(qū)占主導地位的電源。在新型電力系統(tǒng)中，為了保證發(fā)用電的實時平衡，要求電力系統(tǒng)必須具有較強的靈活調(diào)控和快速響應的“柔性”能力。但是由于新能源具有隨機性、波動性、間歇性等“不確定性”特點，在大規(guī)模新能源并網(wǎng)后，對電力系統(tǒng)“柔性”能力的要求必然會與新能源“不確定性”特點相沖突。因此，未來在水電資源豐富的新型電力系統(tǒng)中，如何充分發(fā)揮風光水火等各異質(zhì)能源系統(tǒng)自身固有的優(yōu)勢和特性，在多種能源系統(tǒng)之間取長補短，實現(xiàn)多種能源優(yōu)勢協(xié)調(diào)互補，是我國西南地區(qū)向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級過程中需要思考并解決的現(xiàn)實問題。
一、西南地區(qū)多能源協(xié)同互補面臨的現(xiàn)實困難
一是以云南為代表的西南地區(qū)在綠色能源發(fā)展過程中，風電、光伏和小水電普遍存在“小、散、多、廣”特點，這些電源普遍位于電網(wǎng)末端，需要逐級耦合打包送出。由于外送通道不足和薄弱，導致局部窩電嚴重，消納困難。
二是西南地區(qū)復雜多變的地理、氣候特征，使得各個地區(qū)的水風光發(fā)電特性復雜多變，嚴重依賴于氣象預報、微地理特征的徑流、風、光精確預測，隨著新能源規(guī)模和比例不斷提升，新能源預測不準、掌控能力不足帶來的負荷巨大波動，增加了發(fā)電計劃制定和執(zhí)行的難度，也給電網(wǎng)的安全運行控制帶來很大困難。
二、新型電力系統(tǒng)下實現(xiàn)多能源協(xié)同互補的關(guān)鍵技術(shù)
風光水火能源特點既涉及氣象水文條件而具有強烈的混沌特性，又包含多類能源的能電轉(zhuǎn)換而具有復雜的范式，導致多種能源協(xié)同互補及靈活調(diào)節(jié)困難重重。如何在不確定條件下，合理利用可調(diào)節(jié)水電及火電等可控電源在不同時間尺度下的調(diào)節(jié)能力，與高不確定性間歇式能源形成協(xié)同互補及靈活調(diào)節(jié)，是有效化解新型電力系統(tǒng)中清潔能源消納及運行的關(guān)鍵。
筆者認為應以“增靈活、促消納”為技術(shù)主線，從“互補調(diào)度、實時控制、靈活規(guī)劃、市場策略”四個方面來增強系統(tǒng)靈活性。通過“互補調(diào)度、實時控制”充分挖掘系統(tǒng)存量靈活性資源，通過“靈活規(guī)劃”優(yōu)化電源布局和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從根本上增強系統(tǒng)靈活性，通過“市場策略”進一步拓展消納空間，從而最終實現(xiàn)風光水火多能源協(xié)同互補，有效化解清潔能源消納及運行難題。
1、建立多類型電源的耦合分區(qū)，開展分區(qū)發(fā)電特性分析，實現(xiàn)多類型電源耦合建模與靈活性提高技術(shù)。
首先要把風光水火等多能源進行分區(qū)。在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和歷史運行場景基礎(chǔ)上，可用聚類的方法，分析多能源的耦合分區(qū)原則。
其次以分區(qū)結(jié)果為基礎(chǔ)，研究耦合分區(qū)不同時間尺度下的出力特性，提出一套完備的指標體系，可從隨機性、波動性、可靠性和相關(guān)/互補性四個方面，描述分區(qū)在不同時間尺度下的發(fā)電特性。
最后結(jié)合耦合分區(qū)和新能源發(fā)電預測結(jié)果，考慮潛在的新能源波動和靈活性機組的剩余容量，分析得到元件級靈活性。綜合考慮電網(wǎng)備用容量、斷面?zhèn)鬏斎萘康纫蛩睾?，評估區(qū)域級靈活性資源的供給和需求情況，建立面向多時間尺度、多空間分布的系統(tǒng)運行靈活性供需評估指標體系，并給出發(fā)電靈活互補建議。
2、研究多時間尺度的多級協(xié)調(diào)控制策略，建立多能源互補協(xié)調(diào)控制架構(gòu)體系，實現(xiàn)多種能源協(xié)同優(yōu)化運行。
首先要建立不同于目前確定性調(diào)度的基于概率的日內(nèi)調(diào)度模式，通過一定置信下的區(qū)間預測來表征新能源發(fā)電出力的不確定性，根據(jù)新能源場站出力預測區(qū)間進行調(diào)度決策，并將新能源允許出力區(qū)間下發(fā)至各新能源場站。
然后結(jié)合超短期預測信息和計劃信息，基于源荷-斷面功率的準穩(wěn)態(tài)靈敏度，分析電網(wǎng)未來5分鐘的發(fā)電態(tài)勢，在線評估電網(wǎng)的實際調(diào)度需求。
最后以全網(wǎng)總發(fā)電成本最小為目標，滿足全網(wǎng)安全約束，形成網(wǎng)省地分級協(xié)同的最優(yōu)潮流優(yōu)化調(diào)度方法，充分挖掘利用各級電網(wǎng)各類資源的有功和無功調(diào)節(jié)能力，消除線路擁塞，促進高比例新能源的安全消納。
3、研究多能源電力系統(tǒng)規(guī)劃新方法，實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲協(xié)調(diào)靈活規(guī)劃及多能源協(xié)同互補消納。
首先應建立面向靈活性的多能源電力系統(tǒng)規(guī)劃評價指標體系，從電源靈活性與網(wǎng)架靈活性兩方面，分別研究匯聚節(jié)點靈活性指標、區(qū)域級靈活性指標以及系統(tǒng)級靈活性指標，實現(xiàn)多能源電力系統(tǒng)多層級、多維度靈活性指標評估。
其次研究消納多種能源的靈活性規(guī)劃及輔助決策技術(shù)，構(gòu)建考慮靈活性指標與經(jīng)濟性指標的多目標電力系統(tǒng)規(guī)劃模型，確定電源、網(wǎng)架的選址定容方案。同時要研究規(guī)劃方案的輔助決策技術(shù)，確定可行的規(guī)劃方案中的最優(yōu)解。
最后形成與運行協(xié)同的多能源電力系統(tǒng)靈活協(xié)調(diào)規(guī)劃技術(shù)，以靈活性和新能源消納率為目標，進行新建電源與新建線路、變電站的最優(yōu)投產(chǎn)時序優(yōu)化，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)靈活性與消納率最優(yōu)的同時，還要保證各區(qū)域級系統(tǒng)之間的潮流流動，防止線路阻塞情況的發(fā)生。
4、研究促進新能源消納的市場化策略，通過市場手段提高可再生能源的消納。
通過建立中長期交易+現(xiàn)貨交易+輔助服務(wù)的市場體系，促進可再生能源消納。其中，中長期采用差價合約確保靈活性資源在現(xiàn)貨市場能夠充分優(yōu)化調(diào)配；現(xiàn)貨全電量集中優(yōu)化，調(diào)用所有靈活性資源，保障清潔能源消納，形成能夠反映電能時空價值的分時節(jié)點電價，更精準地引導用戶在清潔能源消納困難的時候多用電，提升可再生能源消納空間；輔助服務(wù)市場通過與現(xiàn)貨市場聯(lián)合出清，形成輔助服務(wù)價格信號，激發(fā)發(fā)電側(cè)及用戶側(cè)的靈活性資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。
三、總結(jié)與展望
“雙碳”目標下的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級必然要求電網(wǎng)能夠接納越來越多的新能源，而新能源的“不確定”與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的“靈活性”需求之間存在天然的不可調(diào)和的矛盾。因此，新能源與現(xiàn)有各種能源之間的協(xié)同互補，使能源整體呈現(xiàn)出一定的可控性，是提升新能源消納的切實可行辦法。筆者提出的思路更多還是體現(xiàn)在各種能源的電氣層面，然而隨著電制氣裝置、熱儲能裝置、氣儲能裝置等在電網(wǎng)中的大量裝備及使用，其他柔性異質(zhì)能源系統(tǒng)，如天然氣系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等，不可避免地與電力系統(tǒng)緊密耦合在一起。如何充分發(fā)揮各異質(zhì)能源系統(tǒng)自身固有的優(yōu)勢和特性，在異質(zhì)能源系統(tǒng)之間取長補短實現(xiàn)多能優(yōu)勢互補，進而形成能源生產(chǎn)多元化、能源輸送多樣化、能源消費多類化的清潔高效能源系統(tǒng)，將是我們研究的一個方向。
黃偉 陳汝昌 李秀峰
(作者黃偉為云南電網(wǎng)公司系統(tǒng)部副總工程師；陳汝昌為云南電網(wǎng)公司系統(tǒng)部副總工程師；李秀峰為云南電網(wǎng)公司系統(tǒng)部副總工程師)
