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中国工程院院士郭剑波:以电力系统转型思维破解新能源电力系统脆弱性问题

日期:2021-01-05    来源:电联新媒

国际电力网

2021
01/05
11:29
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关键词: 电力系统 可再生能源 碳中和 新能源发电量

电网没有消纳新能源的能力,只有电力系统才真正拥有消纳新能源的能力。在电力系统的经济转型路径中,必须要利用好新能源控制可塑性的特点来调节系统的安全,或增加系统的安全可靠性。

当下,实现碳中和的目标已经锁定,在服务于目标实践的过程中,如何化解高比例可再生能源系统“不可能三角”的矛盾,实际上就是要解决“既要、又要、还要”的问题;具体到实施路径上,则是如何更为经济地解决新能源的资源特性,以及新能源电力系统的脆弱性问题。

2019年,国网公司经营范围内新能源装机容量占比1/3,最大日波动功率一亿千瓦;根据预测,到2050年,新能源发电量占到总发电量一半时,新能源日最大功率波动将达10亿千瓦,超过常规装机容量。这也就意味着,若以现有的技术水平来看,仅靠常规电源调节难以应对新能源日内波动功率,平抑倍数于负荷的新能源装机带来的波动,火电、抽蓄、燃机等常规装机要保证足够的充裕度并随时待命,以应对新能源出力的不确定性。

现在很多业内人士都看好电化学储能,如果将来要依靠储能解决新能源波动问题,大概需要几亿千瓦装机的储能容量,那么这就涉及到储能的经济性拐点和保障程度的问题。我们要认识到,“能解决问题”、和“以技术经济可行性解决问题”是全完不同的概念。包括源网荷储在内,我们在技术上研究的很多,但是如何通过政策,把技术落实成经济可行的手段,我们的研究还远远不够。

当下,新能源马上就要进入低价时代,“1毛钱现象”已经成为广泛的认可和期待,但是一毛钱仅仅是新能源的“产地价”,为了消纳1毛钱的尖峰电量,系统要为之付出多大的代价才能实现新能源的全额消纳?

电力系统是世界上最复杂的人造系统,有序运行100多年来的电力系统,设计基础都是以发电跟踪负荷实现电力电量平衡,包括火电机组在内的常规机组最小出力都是根据负荷的波动来确定。但是当新能源加入系统,发电已经跟踪不了负荷,负荷的活跃性也在日益增强,传统的变流器思维已经难以驾驭高比例可再生能源系统的高效安全运转。

我们需要摆脱惯性思维,摒弃外围拓展的思路,从传统的电源转型、电网转型这些相对独立的做法跳脱出来,切换到电力系统转型的思维。其中的关键在于进一步明确新能源的责、权、利匹配,尽早出台一系列适合新能源健康发展,由新能源作为主力电源的电网技术标准。毕竟电网没有消纳新能源的能力,只有电力系统才真正拥有消纳新能源的能力。

面对日益增长的新能源装机占比,通过保证常规机组正常出力来确保系统安全的做法显然不能再加以沿用。在电力系统的经济转型路径中,必须要利用好新能源控制可塑性的特点来调节系统的安全或增加系统的安全可靠性。在这个层面上,电力市场的建设和市场规则的设计变得尤为重要,因为这不仅是关系到备用容量、调峰等辅助服务的合理补偿问题,同时,涉及到节点的支撑能力等问题都应加紧研究,否则一旦没有人愿意提供辅助服务,新能源的电量便无法获得,系统的稳定运行更是无从谈起。

党的十九大提出,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,习近平总书记也在近期明确了碳达峰和碳中和的时间节点,电网企业也在2019提出了能源发展两个“50%”的目标。为了达成这些愿景,从我国的资源上来看足够充裕,从系统构架来看足够坚强,但是在发展路径的选择上,是借着东风大力发展新能源,还是先匀速发展,等技术进步、市场建设齐头并进时再实现目标,我难以给出确切的答案。但是我认为,应对复杂不确定的条件和系统,高度优化的手段只会增加系统的脆弱性,越是纷繁复杂的时候,就越要强调规划的严肃性和整体性,以此来确保目标和愿景的如期实现完成。

(本文部分内容收录自郭剑波院士在2020年中国电力技术经济高端论坛上的讲话,未经本人审定)

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