中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新能源電量滲透率，即新能源發(fā)電量與電力系統(tǒng)總發(fā)電量的百分比，體現(xiàn)了電力系統(tǒng)消納新能源電量的能力。近年來(lái)，隨著我國(guó)新能源發(fā)電裝機(jī)容量快速提升，新能源電量滲透率也在逐步增長(zhǎng)，成為和裝機(jī)率、消納率一樣被業(yè)內(nèi)關(guān)注的概念。
目前，全國(guó)多數(shù)省區(qū)的新能源電量滲透率在6%~13%區(qū)間，一些新能源發(fā)展較快的省區(qū)則更高，例如2023年1~11月，江蘇省的新能源電量滲透率達(dá)到16%，河北省和內(nèi)蒙古自治區(qū)的新能源電量滲透率已超過(guò)20%。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，保持一定的電量滲透率提高是落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的需要，也是能源行業(yè)對(duì)綠色發(fā)展的追求，但在當(dāng)前的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和市場(chǎng)條件下，滲透率過(guò)高會(huì)增加消納的難度。
目前，作為綠電消納的主要手段，電網(wǎng)承擔(dān)了我國(guó)大型風(fēng)電光伏基地的外送任務(wù)，分布式新能源則直接接入配電網(wǎng)；煤電機(jī)組等靈活性資源在電源側(cè)發(fā)揮了調(diào)峰調(diào)頻的作用，新能源配儲(chǔ)和獨(dú)立儲(chǔ)能在2022年后實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展。
面對(duì)不斷增加的消納難度，提高外送能力和靈活性調(diào)節(jié)水平迫在眉睫。
外送：更安全 更高效
2023年12月，我國(guó)以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)進(jìn)入投產(chǎn)高峰期，多個(gè)大型新能源基地的配套電網(wǎng)項(xiàng)目也陸續(xù)投運(yùn)，錫盟400萬(wàn)千瓦新能源送出工程就是其中之一。
這條通道輸送錫林郭勒盟阿巴嘎旗、蘇尼特左旗、錫林浩特市3地9座新能源電站所生產(chǎn)的綠電，預(yù)計(jì)每年外送電量138.9億千瓦時(shí)，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約444.5萬(wàn)噸。
在“十四五”以及未來(lái)一段時(shí)間，我國(guó)主要外送通道建設(shè)都會(huì)圍繞清潔能源大基地的消納需求展開(kāi)。然而，通道從規(guī)劃到建成需要3~5年，而大型新能源基地的周期約為1~2年，兩者建設(shè)周期存在差異。因此，借助技術(shù)手段挖掘通道的外送能力就非常關(guān)鍵。
柔性直流輸電技術(shù)是優(yōu)選技術(shù)之一。隨著大型新能源基地建成投運(yùn)，大量常規(guī)直流送入會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊，容易造成換相失敗、相互影響等問(wèn)題，柔直技術(shù)在電力輸送過(guò)程中響應(yīng)速度快、可控性好、適應(yīng)性強(qiáng)，可為無(wú)源系統(tǒng)供電，無(wú)需提供無(wú)功功率，適合風(fēng)電、光伏發(fā)電接入和遠(yuǎn)距離傳輸。
根據(jù)中國(guó)工程院院士饒宏等人的研究，目前，柔性直流輸電接入受端電網(wǎng)時(shí)基本采用跟網(wǎng)型控制，主要目標(biāo)是傳輸功率，同時(shí)為電網(wǎng)提供無(wú)功支撐。未來(lái)，隨著基于電力電子變換器新能源發(fā)電和柔性直流輸電等大規(guī)模發(fā)展和高比例接入，電力系統(tǒng)的慣量將會(huì)逐步下降，系統(tǒng)的頻率將更加敏感，頻率穩(wěn)定問(wèn)題會(huì)更加突出。從電力電子變換器的角度出發(fā)，構(gòu)網(wǎng)型控制是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的有效手段。通過(guò)構(gòu)網(wǎng)控制，可以進(jìn)一步發(fā)掘柔性直流輸電的調(diào)頻能力和慣量支撐能力，但由于對(duì)外呈現(xiàn)電壓源外特性，交流故障時(shí)面臨更加嚴(yán)峻的限流保護(hù)和故障穿越挑戰(zhàn)。
在新能源大基地加快建設(shè)的同時(shí)，分布式新能源的發(fā)展速度也在加快。以分布式光伏為例，根據(jù)國(guó)家能源局公布的數(shù)據(jù)，2023年前三季度，我國(guó)新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量1.29億千瓦，其中分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量占比達(dá)到52%。
越來(lái)越多的分布式新能源直接接入配電網(wǎng)，電源類型更多元，電力流向也更為復(fù)雜，其發(fā)電出力大小以及波動(dòng)考驗(yàn)著配電網(wǎng)的適配、調(diào)節(jié)、傳輸能力。同時(shí)，隨著電力市場(chǎng)化進(jìn)程加速推進(jìn)，更多新能源有望參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，屆時(shí)，市場(chǎng)主體根據(jù)自身情況報(bào)價(jià)參與市場(chǎng)交易，電網(wǎng)運(yùn)行面臨的不確定因素將增加，潮流也會(huì)更為復(fù)雜多變。
要減輕配電網(wǎng)的壓力，可以借助虛擬電廠技術(shù)聚合分布式資源，提高可調(diào)資源的可控性和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，以提升系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。近年來(lái)，國(guó)網(wǎng)冀北電力、國(guó)網(wǎng)上海電力、國(guó)網(wǎng)江蘇電力等公司開(kāi)展了關(guān)于電力需求響應(yīng)和虛擬電廠的試點(diǎn)應(yīng)用。2021年5月，上海曾進(jìn)行過(guò)一次虛擬電廠需求響應(yīng)行動(dòng)。在虛擬電廠的調(diào)控下，公共汽車站充電樁開(kāi)始充電，大型企業(yè)生產(chǎn)線開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，近萬(wàn)個(gè)5G通信基站內(nèi)蓄電池機(jī)組啟動(dòng)儲(chǔ)能。這批被啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，在城市用電低谷時(shí)段造出41.2萬(wàn)千瓦的負(fù)荷。適當(dāng)提升的用電負(fù)荷不僅有助于消納清潔能源，也緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力，減少發(fā)電機(jī)組的能效損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在虛擬電廠需求響應(yīng)行動(dòng)的兩天內(nèi)，上海市消納清潔能源123.6萬(wàn)千瓦時(shí)。
2023年國(guó)家能源局發(fā)布的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)（征求意見(jiàn)稿）》指出，將積極培育電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、負(fù)荷聚合服務(wù)、綜合能源服務(wù)、虛擬電廠等貼近終端用戶的新業(yè)態(tài)新模式，整合分散需求響應(yīng)資源，打造具備實(shí)時(shí)可觀、可測(cè)、可控能力的需求響應(yīng)系統(tǒng)平臺(tái)與控制終端參與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行，提升用戶側(cè)靈活調(diào)節(jié)能力。
對(duì)于虛擬電廠，國(guó)家能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院儲(chǔ)能中心主任、國(guó)家能源集團(tuán)儲(chǔ)能專業(yè)首席專家廖海燕建議，和虛擬電廠相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)都已經(jīng)存在，但要讓虛擬電廠能耗最低、運(yùn)行效率更高，需要優(yōu)化算法，讓參與各方能借助更可行的算法受益。
調(diào)節(jié)：更靈活 更經(jīng)濟(jì)
2024年1月1日起，煤電容量電價(jià)和電量電價(jià)的“兩部制”電價(jià)政策正式開(kāi)始實(shí)施。這項(xiàng)政策充分體現(xiàn)煤電對(duì)電力系統(tǒng)的支撐調(diào)節(jié)價(jià)值，推動(dòng)煤電向以基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源并重為主轉(zhuǎn)型。
在用于調(diào)峰的靈活性資源中，煤電機(jī)組改造潛力大、投資成本低。從“十三五”開(kāi)始，我國(guó)就針對(duì)煤電靈活性改造提出目標(biāo)。“十四五”以來(lái)，改造目標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化——2021年，國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)的通知》，這份通知明確了煤電機(jī)組靈活性改造要應(yīng)改盡改，提出了“‘十四五’期間完成存量煤電機(jī)組靈活性改造2億千瓦，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3000萬(wàn)~4000萬(wàn)千瓦”的目標(biāo)；2023年10月底由多部委發(fā)布的《加強(qiáng)新形勢(shì)下電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，新建煤電機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)靈活性制造，現(xiàn)役機(jī)組靈活性改造應(yīng)改盡改，支持退役火電機(jī)組轉(zhuǎn)應(yīng)急備用和調(diào)相功能改造，不斷提高機(jī)組涉網(wǎng)性能。
此前，出于多方面的原因，煤電靈活性改造的速度和效果始終未達(dá)預(yù)期。價(jià)格機(jī)制被認(rèn)為是影響靈活性改造的最大問(wèn)題。隨著容量電價(jià)機(jī)制的執(zhí)行，上述問(wèn)題有望得到緩解。根據(jù)測(cè)算，2024～2025年，多數(shù)地方通過(guò)容量電價(jià)回收固定成本的比例為30%，少部分靈活性改造進(jìn)展較快的省市，每千瓦可以拿到165元的容量補(bǔ)償。
隨著新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的占比不斷提升，煤電機(jī)組需要參與更多深度調(diào)峰。但由于深度調(diào)峰和快速升降負(fù)荷，機(jī)組運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)工況，深度調(diào)峰改造對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性提出挑戰(zhàn)。在某煤電裝機(jī)和新能源裝機(jī)大省，部分煤電企業(yè)為配合負(fù)荷曲線變化反復(fù)啟停機(jī)組，導(dǎo)致機(jī)組故障頻發(fā)。
煤電機(jī)組改造需要提高技術(shù)水平，結(jié)合調(diào)峰機(jī)組的實(shí)際需求進(jìn)行改造。廖海燕建議，無(wú)論是老舊機(jī)組改造還是新建機(jī)組研發(fā)，都需要打破目前設(shè)計(jì)中的范式，讓煤電機(jī)組在快速啟停的同時(shí)降低煤耗，適應(yīng)未來(lái)電力系統(tǒng)對(duì)靈活性資源的需求。
也有煤電從業(yè)人士認(rèn)為，鑒于每臺(tái)機(jī)組機(jī)型、運(yùn)行狀況、改造目的不同，在保障安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的前提下，應(yīng)為每臺(tái)機(jī)組選擇合理的改造技術(shù)方案。對(duì)于新建機(jī)組，則需具備20%的深調(diào)能力和必要的經(jīng)濟(jì)性，既承擔(dān)火電機(jī)組應(yīng)承擔(dān)的靈活性調(diào)峰責(zé)任，又避免深調(diào)投資改造性價(jià)比低的不合理。
根據(jù)國(guó)家能源局和中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2023年9月底，我國(guó)已投運(yùn)抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)5000萬(wàn)千瓦，新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為2123萬(wàn)千瓦。
多部委發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)新形勢(shì)下電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》指出，我國(guó)將有序推進(jìn)具備條件的抽水蓄能電站建設(shè)，探索常規(guī)水電改抽水蓄能和混合式抽水蓄能電站技術(shù)應(yīng)用，新建抽水蓄能機(jī)組應(yīng)具備調(diào)相功能。這份《意見(jiàn)》還明確，將積極推進(jìn)新型儲(chǔ)能建設(shè)，充分發(fā)揮電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等各類新型儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建儲(chǔ)能多元融合發(fā)展模式，提升安全保障水平和綜合效率。
目前來(lái)看，各類新型儲(chǔ)能技術(shù)仍有一些局限性，解決方案也并不是那么完美，未來(lái)，行業(yè)仍需尋求技術(shù)創(chuàng)新，以發(fā)現(xiàn)更多新的賽道。
