近日，在由國(guó)网四川省電(diàn)力公司、四川省電(diàn)力行业协会、四川省電(diàn)机工程學(xué)会指导，清华四川能(néng)源互联网研究院与天府永兴实验室新(xīn)型電(diàn)力系统研究中心联合主办的“兴隆湖(hú)能(néng)源電(diàn)力高峰对话——极端气象条件下新(xīn)型電(diàn)力系统构建”专题论坛上，业内专家围绕如何在科(kē)學(xué)有(yǒu)序实现“双碳”目标背景下增强電(diàn)力系统应对极端气象条件的能(néng)力展开探讨，為(wèi)電(diàn)力安全保供把脉问诊。
新(xīn)型電(diàn)力系统对气象极度敏感
“去年夏天，四川遭遇了历史同期最极端高温、最少降雨量、最大電(diàn)力负荷的‘三最’叠加局面，全省電(diàn)力系统面临严峻挑战。”四川省能(néng)源局副局長(cháng)林挺介绍，“三最”叠加给四川省社会经济发展造成了严重影响，同时暴露了以可(kě)再生能(néng)源為(wèi)主的電(diàn)力系统在极端气温条件下的诸多(duō)短板。“要进一步增强系统观念，加快新(xīn)型電(diàn)力系统建设，增强供電(diàn)保障能(néng)力。”
中國(guó)科(kē)學(xué)院院士周孝信采用(yòng)情景分(fēn)析法研判了2020－2060年中長(cháng)期能(néng)源電(diàn)力发展趋势，并探讨了我國(guó)未来能(néng)源電(diàn)力系统发展前景。他(tā)指出，根据非化石能(néng)源電(diàn)力按照发電(diàn)煤耗法计算，2035年我國(guó)非化石能(néng)源发電(diàn)量占比将达52.9%，2060年达93.5%。“2035年電(diàn)源装机情况比较均匀，风電(diàn)装机约8亿千瓦，煤電(diàn)11亿千瓦，核電(diàn)1.4亿千瓦；電(diàn)力情况也比较均匀，煤電(diàn)发電(diàn)量占比超1/3。2035年，非化石能(néng)源消费比重在2030年达到25%的基础上进一步大幅提升，可(kě)再生能(néng)源成為(wèi)主體(tǐ)電(diàn)源。”
不论从发電(diàn)、输電(diàn)还是用(yòng)電(diàn)来看，新(xīn)型電(diàn)力系统的各关键环节都与天气、气候密切相关。“从发電(diàn)端看，传统能(néng)源和可(kě)再生能(néng)源对天气变化高度敏感。从输電(diàn)环节看，输電(diàn)線(xiàn)路对灾害性天气高度敏感，极端高温和持续性高温对用(yòng)電(diàn)负荷影响巨大。”中國(guó)气象局风能(néng)太阳能(néng)中心科(kē)學(xué)主任申彦波坦言。
针对2023年汛期气候变化趋势，申彦波分(fēn)析：“全國(guó)不同地區(qū)今年汛期经历的主要气象灾害可(kě)能(néng)不尽相同。东北、华北主要以暴雨洪涝為(wèi)主，長(cháng)江中下游區(qū)域以高温干旱為(wèi)主，海南地區(qū)以台风為(wèi)主；云南要注意地质灾害，新(xīn)疆要注意高温影响。長(cháng)江中游地區(qū)，包括四川东部今年可(kě)能(néng)会发生阶段性干旱，有(yǒu)中等及以上干旱风险。”
突破性灵活调节手段依然欠缺
中國(guó)電(diàn)科(kē)院首席技术专家惠东认為(wèi)，未来新(xīn)能(néng)源将逐渐从装机主體(tǐ)变為(wèi)電(diàn)量主體(tǐ)，再变為(wèi)出力主體(tǐ)。“这就需要考虑電(diàn)网传统惯量受到制约后，電(diàn)力系统是否还能(néng)承载更多(duō)新(xīn)能(néng)源，承载是否达到饱和。以现有(yǒu)電(diàn)网技术看，新(xīn)能(néng)源渗透率无法超过50%。”对此，有(yǒu)业内专家指出，新(xīn)型電(diàn)力系统的保供矛盾在本质上是新(xīn)能(néng)源在各时间轴上的波动与灵活调节能(néng)力之间的问题。
“保安全、促消纳涉及从秒(miǎo)级到更長(cháng)时间跨度的跨越。”惠东进一步分(fēn)析，现有(yǒu)任何一种灵活性手段都无法达到四两拨千斤的效果。“一度電(diàn)就是一度電(diàn)，目前的灵活性调节资源如火電(diàn)、气電(diàn)等还存在较大缺口；抽蓄调节速度较快，但布局不尽合理(lǐ)。此外，電(diàn)力市场和需求侧响应之间的调度有(yǒu)待进一步激活。”
不同的灵活性调节资源的爬坡能(néng)力、启停时间、额定续航能(néng)力、惯量支撑和電(diàn)压支撑能(néng)力都不同。“经过改造的火電(diàn)机组具有(yǒu)電(diàn)压支撑能(néng)力和惯量支撑能(néng)力，但爬坡响应能(néng)力和额定续航能(néng)力不足。電(diàn)化學(xué)储能(néng)响应速度快、调节准确，但只能(néng)定位在日内调节资源，很(hěn)难做到長(cháng)期调节。”从调节成本来看，惠东分(fēn)析，改造后的火電(diàn)机组调节度電(diàn)成本大约在0.05元到0.12元，抽蓄调节成本大约度電(diàn)0.25元，電(diàn)化學(xué)储能(néng)在有(yǒu)市场、有(yǒu)价格时运行利用(yòng)率较高，如参与调频市场。“但在新(xīn)能(néng)源配置储能(néng)的情况下其利用(yòng)非常低，一年不足50－80次，有(yǒu)的场站一年都用(yòng)不了一两次，经济性比较差。”
在清华四川能(néng)源互联网研究院常務(wù)副院長(cháng)鲁宗相看来，在极端气候条件下，新(xīn)型電(diàn)力系统首先要解决的是電(diàn)源问题。“比如在多(duō)日无风无光、无法依靠新(xīn)能(néng)源发電(diàn)时，如何保证電(diàn)力系统稳定？即使有(yǒu)了充足電(diàn)源，也需充分(fēn)合理(lǐ)利用(yòng)。如果所有(yǒu)用(yòng)户全都在中午12点用(yòng)電(diàn)，那么即使发再多(duō)電(diàn)也不够用(yòng)。因此，如何优化运行并调配用(yòng)户参与到電(diàn)力系统中，同时做到预先预判、筹措足够多(duō)的资源，对新(xīn)型電(diàn)力系统稳定供電(diàn)尤為(wèi)重要。”
综合能(néng)源智能(néng)系统是破题方向
业内认為(wèi)，从未来電(diàn)力系统所需的技术层面看，储能(néng)是必选路径。但对于突发性急迫性的電(diàn)力供应问题，由于目前長(cháng)周期储能(néng)技术还没有(yǒu)较成熟的解决方案，其所能(néng)发挥的作用(yòng)较為(wèi)有(yǒu)限。
“2030年以后，電(diàn)力系统需要解决三天、五天甚至周级极热高峰时段的供应能(néng)力，所以要布局長(cháng)时间的储能(néng)。”惠东建议，2030年以后应深化新(xīn)能(néng)源场站+储能(néng)的构网型技术。“新(xīn)能(néng)源波动性是遍布全时间尺度的，需要多(duō)类型的储能(néng)弥补。所以，多(duō)元储能(néng)融合是一种技术路線(xiàn)。”
為(wèi)应对未来電(diàn)力系统灵活性和韧性方面的挑战，周孝信提出一种融合煤電(diàn)机组碳捕集、可(kě)再生能(néng)源電(diàn)解水制氢、甲烷/甲醇合成、新(xīn)型燃气发電(diàn)等技术的设想——综合能(néng)源生产单元（简称IEPU）。他(tā)指出，综合能(néng)源生产单元作為(wèi)煤電(diàn)机组低碳、无碳转型路径方案的一种选择，既可(kě)生产電(diàn)和各种近绿色燃料，又(yòu)能(néng)以高灵活性调节能(néng)力支撑高比例可(kě)再生能(néng)源電(diàn)力系统稳定运行。常规化生产便于运输储存的甲烷甲醇等绿色燃料可(kě)成為(wèi)新(xīn)型電(diàn)力系统应对中長(cháng)周期能(néng)源電(diàn)力供需平衡的储能(néng)介质，达到“西能(néng)东输”的遠(yuǎn)景目标。
“相比常规机组调节能(néng)力，IEPU虚拟机组的调节能(néng)力范围可(kě)以是常规机组的70%到183%。”周孝信举例，“在极端天气情况下，比如一周内前半周是正常天气，后三天是极端天气，这时可(kě)以通过IEPU储存前半周的剩余能(néng)量，利用(yòng)氢气、甲烷等发電(diàn)。极端天气下风光发電(diàn)大幅减弱期间，IEPU发挥的就是長(cháng)周期储能(néng)作用(yòng)。”
“运用(yòng)大中型城市虚拟電(diàn)厂的管理(lǐ)平台，以及分(fēn)布式電(diàn)源集成的智慧能(néng)源管理(lǐ)装备，对未来含有(yǒu)极端天气保電(diàn)背景的電(diàn)网运行和规划而言，是行之有(yǒu)效的技术解决方案。在扩展電(diàn)源方面，可(kě)以考虑在用(yòng)户周边建设分(fēn)布式资源的電(diàn)厂。”鲁宗相建议，新(xīn)型電(diàn)力系统一定要融入气象體(tǐ)系，形成服務(wù)電(diàn)力行业特征的電(diàn)力气象技术體(tǐ)系。
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