中國電力系統(tǒng)靈活性的多元提升路徑研究

1、目 錄 HYPERLINK l _bookmark0 執(zhí)行摘要 1 HYPERLINK l _bookmark1 電力系統(tǒng)靈活性 6 HYPERLINK l _bookmark2 電力系統(tǒng)靈活性的定義 6 HYPERLINK l _bookmark3 電力系統(tǒng)靈活性不足的內(nèi)涵 6 HYPERLINK l _bookmark4 高比例可再生能源與電力系統(tǒng)靈活性 7 HYPERLINK l _bookmark5 靈活性資源 9 HYPERLINK l _bookmark6 電源側(cè)資源 9 HYPERLINK l _bookmark7 電網(wǎng)側(cè)資源 9 HYPERLINK l _bookmark8 用

2、戶側(cè)資源 10 HYPERLINK l _bookmark9 儲能資源 11 HYPERLINK l _bookmark10 靈活性相關(guān)機(jī)制 12 HYPERLINK l _bookmark11 市場型靈活性 12 HYPERLINK l _bookmark12 規(guī)劃型靈活性 13 HYPERLINK l _bookmark13 中國電力系統(tǒng)靈活性資源現(xiàn)狀 14 HYPERLINK l _bookmark14 技術(shù)型靈活性資源現(xiàn)狀 14 HYPERLINK l _bookmark15 市場型靈活性現(xiàn)狀 17 HYPERLINK l _bookmark16 規(guī)劃型靈活性現(xiàn)狀 18 HYPERLI

3、NK l _bookmark17 中國火電靈活性改造現(xiàn)狀 19 HYPERLINK l _bookmark18 火電深度調(diào)峰改造的負(fù)面影響 21 HYPERLINK l _bookmark19 電力系統(tǒng)靈活性技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評估 23 HYPERLINK l _bookmark20 典型靈活性資源技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性 23 HYPERLINK l _bookmark21 3.1.1 氣電 23 HYPERLINK l _bookmark22 3.1.2 需求響應(yīng) 23 HYPERLINK l _bookmark23 3.1.3 儲能 23 HYPERLINK l _bookmark24 靈活性提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

4、比較 24 HYPERLINK l _bookmark25 電力系統(tǒng)靈活性提升路線 26 HYPERLINK l _bookmark26 煤電規(guī)模與電力系統(tǒng)靈活性的關(guān)系 26 HYPERLINK l _bookmark27 提升電力系統(tǒng)靈活性的市場機(jī)制 26 HYPERLINK l _bookmark28 電力系統(tǒng)靈活性提升路線圖 27 HYPERLINK l _bookmark29 吉林省電力系統(tǒng)靈活性提升案例研究 29 HYPERLINK l _bookmark30 生產(chǎn)模擬與系統(tǒng)靈活性定量評估方法 32 HYPERLINK l _bookmark31 吉林省電力系統(tǒng)靈活性定量評價 33

5、HYPERLINK l _bookmark32 結(jié)論及政策建議 38 HYPERLINK l _bookmark33 研究結(jié)論 38 HYPERLINK l _bookmark34 政策建議 40 HYPERLINK l _bookmark35 附錄 I 火電靈活性改造的技術(shù)路線 42 HYPERLINK l _bookmark36 附錄 機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型 46執(zhí)行摘要研究背景中國風(fēng)電和光伏發(fā)電快速發(fā)展，朝著構(gòu)建高比例可再生能源體系前進(jìn)。2010-2019年間，中國風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量年均增長 143%，裝機(jī)容量占比由 2010 年的 3.8%提升至 2019 年的 20.6%；發(fā)電量

6、年均增長 130%，發(fā)電量占比由 2010 年的 1.2%提升至 2019 年的 8.6%1。為實現(xiàn)中國提出的 2030 年非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到 20%的目標(biāo)，預(yù)計到 2030 年，風(fēng)電和光伏發(fā)電總裝機(jī)將突破 9 億千瓦2，成為能源消費(fèi)的主力。從近期的政策討論來看，這一進(jìn)程在“十四五”期間還會加速推進(jìn)。隨著可再生能源滲透率3的不斷提升，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)靈活性不足制約可再生能源消納的問題尚未得到根本性解決。可再生能源發(fā)電的間歇性和波動性要求電力系統(tǒng)必須具備一定的應(yīng)變和響應(yīng)能力，即靈活性。當(dāng)常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力不足，無法滿足系統(tǒng)凈負(fù)荷的變化時，為了保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

7、，需要削減可再生能源出力或是在高峰時期切除負(fù)荷。隨著可再生能源滲透率的提升，靈活性不足導(dǎo)致的減出力和切負(fù)荷會對可再生能源發(fā)電項目的收益造成巨大影響，不利于中國可再生能源中長期的發(fā)展。當(dāng)前，由于電力系統(tǒng)靈活性欠缺，部分地區(qū)存在較為嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光和用電用熱矛盾突出的問題，形成電力系統(tǒng)難以適應(yīng)可再生能源快速發(fā)展的新形勢。2016-2018 年間，中國棄風(fēng)和棄光電量共計 1389 億千瓦時4，經(jīng)本課題組測算，相當(dāng)于 3000 萬千瓦煤電廠一年的發(fā)電量，對應(yīng)約 350 億元燃煤成本5和 4000 萬噸二氧化碳排放。雖然可再生能源項目投資監(jiān)測預(yù)警機(jī)制、全額保障性收購以及可再生能源電力交易等政策使得 20

8、19 年棄風(fēng)和棄光現(xiàn)象有明顯改善，但當(dāng)前以煤電為主要電源的電力系統(tǒng)靈活性有限，且市場機(jī)制尚不成熟，導(dǎo)致可再生能源發(fā)電仍無法實現(xiàn)全額消納。國家可再生能源中心. 可再生能源數(shù)據(jù)手冊 2019R. 2019 HYPERLINK /n1/2020/0307/c71661-31621377.html /n1/2020/0307/c71661-31621377.html劉世宇. 電力規(guī)劃設(shè)計總院. 提升我國火電靈活性，助力新能源系統(tǒng)消納EB/OL. 2017.可再生能源滲透率是指可再生能源可發(fā)電量與總用電量的比值. Renewable Energy World. Breakdown: Penetratio

9、n of Renewable Energy in Selected MarketsEB/OL. 2013.05. https:/ HYPERLINK /2013/05/17/penetration-of-renewable-energy-in-selected-markets/#gref /www. HYPERLINK /2013/05/17/penetration-of-renewable-energy-in-selected-markets/#gref /2013/05/17/penetration-of-renewable-energy-in-selected-markets/#gref

10、國家能源局. 2018 年可再生能源并網(wǎng)運(yùn)行情況介紹EB/OL. 2019.01. HYPERLINK /2019- /2019- 01/28/c_137780519.htm5 風(fēng)電峰觀察. 2020 年電價將向何處去？EB/OL. 2019.11. /a/357174715_4409082019 年全國棄風(fēng)和棄光電量仍高達(dá) 169 億千瓦時和 46 億千瓦時6,7，相當(dāng)于 450 萬千瓦煤電廠一年的發(fā)電量，對應(yīng)約 50 億元燃煤成本和 600 萬噸二氧化碳排放?？傮w來看，中國各地區(qū)電力系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)能力不同，但都難以滿足高比例可再生能源發(fā)電的需求。東北三省由于供熱機(jī)組占比高、常規(guī)機(jī)組調(diào)峰能

11、力不足，導(dǎo)致電源側(cè)靈活性不足，目前開展的煤電機(jī)組靈活性改造難以適應(yīng)未來高比例可再生能源發(fā)展的需要。西北地區(qū)現(xiàn)有外送通道利用率不高，導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)靈活性不足。從江蘇、浙江等省份的需求響應(yīng)實踐來看，各地的需求側(cè)靈活性資源仍存在很大的挖掘空間。在可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)、負(fù)荷峰谷差不斷拉大、輸電線路利用不及預(yù)期、需求側(cè)資源尚未形成整合調(diào)控、部分地區(qū)供熱季供熱面積大幅增加的情況下，電力系統(tǒng)對靈活性的需求會進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，中國亟需挖掘當(dāng)前各類靈活性資源的潛力，促進(jìn)“源-網(wǎng)-荷-儲”靈活性資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，將提升系統(tǒng)靈活性納入電力發(fā)展中長期規(guī)劃。作為綠色和平針對中國低碳能源轉(zhuǎn)型的系列研究，本報告介紹了中國電力

12、系統(tǒng)靈活性現(xiàn)狀，分析了電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)各類靈活性資源的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特性，提出了中國目前技術(shù)型、市場型和規(guī)劃型靈活性資源存在的問題和發(fā)展空間，指出了未來需進(jìn)一步完善電力市場機(jī)制、引入靈活性調(diào)節(jié)產(chǎn)品并將靈活性資源納入電力中長期規(guī)劃。報告以吉林省為例，評估了不同靈活性資源的成本以及給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來的效益，系統(tǒng)地論證了僅依靠煤電機(jī)組靈活性改造無法滿足未來可再生能源高滲透率電力系統(tǒng)的需求，需要氣電、儲能、需求響應(yīng)以及電網(wǎng)互濟(jì)等多種靈活性資源加入。報告最后從促進(jìn)中國可再生能源長期發(fā)展的層面提出了電力系統(tǒng)中長期靈活性提升的路徑，以供行業(yè)和決策者參考。主要結(jié)論第一，不同類型靈活性資源發(fā)展各異，“源-網(wǎng)-

13、荷-儲”靈活性潛力有待進(jìn)一步釋放。在電源側(cè)，已建成的煤電機(jī)組通過熱電解耦、低壓穩(wěn)燃等技術(shù)改造可將最小穩(wěn)定出力降至 20%-30%的額定容量，但其爬坡速率較慢。煤電靈活性改造已經(jīng)得到試點發(fā)展，但改6 國家能源局. 2019 年風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行情況EB/OL. 2020.02. HYPERLINK /2020-02/28/c_138827910.htm /2020-02/28/c_138827910.htm7 國家能源局. 2019 光伏并網(wǎng)運(yùn)行情況EB/OL. 2020.02. HYPERLINK /2020-02/28/c_138827923.htm /2020-02/28/c_138827923

14、.htm造規(guī)模仍然不足，靈活性潛力沒有完全釋放。在電網(wǎng)側(cè)，電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)可以利用各地區(qū)用電的非同時性進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，減少備用容量，改善電能質(zhì)量，更為經(jīng)濟(jì)地增強(qiáng)系統(tǒng)抵御事故的能力，消納更多風(fēng)光波動性電源，提高電網(wǎng)安全水平和供電可靠性。但是，當(dāng)前電網(wǎng)利用率較低，靈活性調(diào)節(jié)能力沒有完全釋放。在用戶側(cè)，需求響應(yīng)可以激勵用戶在系統(tǒng)可靠性受到威脅或者電價相對較高時削減負(fù)荷，提供靈活性。但當(dāng)前需求響應(yīng)僅在少數(shù)省份得到試點實踐利用，有待進(jìn)一步推廣。儲能也可以利用充放靈活的特性，調(diào)節(jié)負(fù)荷峰谷差，但當(dāng)前發(fā)展規(guī)模有限。第二，綜合靈活調(diào)節(jié)能力和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性來看，僅靠火電靈活性改造難以支撐中長期電力系統(tǒng)靈活性提升?，F(xiàn)有的靈活

15、性技術(shù)手段中，火電靈活性改造不僅能大幅改善系統(tǒng)向上和向下靈活性，而且單位千瓦投入僅高于需求側(cè)管理，在改善系統(tǒng)可靠性的同時，能夠促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模消納。然而，面向未來高比例可再生能源的電力系統(tǒng)，僅依靠火電靈活性改造無法充分滿足靈活性需求。與煤電機(jī)組相比，燃?xì)鈾C(jī)組供電效率高、啟停時間短、爬坡速率快，從調(diào)節(jié)特性來看是最佳的調(diào)峰電源，隨著未來建設(shè)成本和氣價的下降，氣電將為電力系統(tǒng)靈活性提供有力支撐。電網(wǎng)靈活互濟(jì)、需求響應(yīng)和儲能的發(fā)展均能顯著提升電力系統(tǒng)的向上和向下靈活性，其中電網(wǎng)靈活互濟(jì)技術(shù)日漸成熟，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性具有一定優(yōu)勢。在高滲透率算例中，加入多種靈活性資源較僅依靠煤電靈活性改造，棄風(fēng)電量將可減

16、少 39.9%，煤電啟停次數(shù)和啟停成本分別下降 27.19%和 25%。因此，綜合調(diào)節(jié)能力和經(jīng)濟(jì)性而言，火電靈活性改造屬于現(xiàn)階段提升電力系統(tǒng)靈活性的可行舉措，但對于未來中長期電力系統(tǒng)靈活性需求來說，需要著重發(fā)展氣電、儲能、需求響應(yīng)等靈活性資源。第三，面向未來高比例可再生能源的電力系統(tǒng)，現(xiàn)有的電力市場機(jī)制限制了系統(tǒng)靈活性的提升。以吉林省為例，現(xiàn)有的煤電機(jī)組深度調(diào)峰靈活性改造可以減少煤電機(jī)組啟停，增強(qiáng)其向下調(diào)節(jié)能力，其深度調(diào)峰費(fèi)用能夠在輔助服務(wù)市場通過行政手段進(jìn)行補(bǔ)償。但在未來高可再生能源滲透率的情況下，僅通過煤電深度調(diào)峰無法滿足靈活性需求，現(xiàn)有的輔助服務(wù)市場機(jī)制也無法激勵其他機(jī)組積極參與系統(tǒng)靈活

17、性調(diào)節(jié)。需要通過電力市場價格機(jī)制激勵氣電、儲能、需求響應(yīng)等多種靈活性資源依據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行出力調(diào)節(jié)，同時在輔助服務(wù)市場也應(yīng)引入靈活性調(diào)節(jié)產(chǎn)品，各種資源可以通過市場競爭的方式，在彌補(bǔ)實時調(diào)度靈活性不足問題的同時獲取一定的經(jīng)濟(jì)收益。因此，完善電力現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場對于提升電力系統(tǒng)靈活性必不可少?？傮w來看，當(dāng)前的電力規(guī)劃未實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲”靈活性資源的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，難以適應(yīng)高比例可再生能源發(fā)展需要。由于供給側(cè)可再生能源的波動性和不確定性加大，電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境更加復(fù)雜和多變，未來高滲透率可再生能源的電力系統(tǒng)對靈活性的要求更高。電力系統(tǒng)的靈活規(guī)劃與運(yùn)行逐漸成為決定未來大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)成敗的關(guān)鍵要

18、素。當(dāng)前的電力規(guī)劃沒有協(xié)調(diào)統(tǒng)一考慮電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)靈活性資源，導(dǎo)致可再生能源大量棄電，并網(wǎng)成本增加，最終影響電力系統(tǒng)的可靠性。在電力系統(tǒng)規(guī)劃層面，不僅需要考慮當(dāng)前和未來的系統(tǒng)需要，同時要考慮現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組、輸電通道、電力用戶和儲能設(shè)施的情況，發(fā)掘提升系統(tǒng)靈活性的潛力。政策建議多措并舉，充分挖掘“源-網(wǎng)-荷-儲”靈活性潛力中國當(dāng)前的電力系統(tǒng)整體靈活性不足，難以支撐高比例可再生能源的發(fā)展，需要從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)充分挖掘現(xiàn)有靈活性資源的潛力。電源側(cè)，對于存量的火電機(jī)組，需充分發(fā)揮現(xiàn)有火電機(jī)組的靈活性潛力，通過改變現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)營模式、進(jìn)行設(shè)備靈活性改造以及創(chuàng)新電廠靈活性發(fā)電方式，提升系統(tǒng)的靈

19、活性。電網(wǎng)側(cè)，需提高現(xiàn)有輸電通道的利用率，發(fā)揮特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，重組電網(wǎng)格局，減少因電網(wǎng)阻塞而產(chǎn)生的額外靈活性需求。用戶側(cè)，可通過電價引導(dǎo)電力需求側(cè)的負(fù)荷特性，實現(xiàn)更好的用戶側(cè)靈活性調(diào)節(jié)效果。對于儲能，要優(yōu)化增量，重視其在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的協(xié)調(diào)發(fā)展及應(yīng)用。控制煤電裝機(jī)規(guī)模和比例，確立中長期電力系統(tǒng)靈活性提升的合理路徑中國目前以火電為主的電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力不足，而可再生能源裝機(jī)逐年上升，兩者呈現(xiàn)嚴(yán)重的不匹配。從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面來看，現(xiàn)階段進(jìn)行的煤電靈活性改造可以明 顯提升系統(tǒng)靈活性。但隨著電力系統(tǒng)對靈活性資源需求的快速攀升，煤電靈活性改造的 成本、頻繁啟停的成本以及相應(yīng)的環(huán)境影響將抬

20、高電力系統(tǒng)的總體供電成本，且不利于電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型。因此，依靠大幅增加煤電裝機(jī)規(guī)模來支撐高比例可再生能源發(fā)展并不可取，從長期來看，需要合理控制煤電的裝機(jī)規(guī)模，著重發(fā)展氣電、儲能、需求響應(yīng)等多種靈活性資源，促進(jìn)煤電與可再生能源的協(xié)調(diào)有序發(fā)展。建立公平的靈活性補(bǔ)償機(jī)制并增加靈活性調(diào)節(jié)產(chǎn)品來完善電力市場機(jī)制，激勵靈活性資源發(fā)展需要創(chuàng)建響應(yīng)時間快的實時市場，將交易時間尺度縮短到分鐘級，使市場能夠及時迅速地對可再生能源發(fā)電做出價格判斷。需要建立公平的靈活性補(bǔ)償機(jī)制，考慮快速爬坡能力、最短向上和向下爬坡時間以及響應(yīng)準(zhǔn)確度等特性，對靈活性資源進(jìn)行合理定價，減少對不靈活運(yùn)行發(fā)電廠的激勵，實現(xiàn)靈活性資源的優(yōu)勝

21、劣汰。未來電力系統(tǒng)運(yùn)行中，可以采取負(fù)荷需求側(cè)管理、備用容量共享、省間互濟(jì)等手段來“削峰填谷”，并進(jìn)一步通過分時電價、尖峰電價等價格機(jī)制來引導(dǎo)需求側(cè)用電，削減持續(xù)時間極短的尖峰用電，從而減少以滿足短時尖峰用電為動因的新增煤電電源裝機(jī)和配套電網(wǎng)建設(shè)。以新的電力規(guī)劃理念引導(dǎo)“源-網(wǎng)-荷-儲”靈活性資源發(fā)展的協(xié)調(diào)統(tǒng)一面對中長期發(fā)展可再生能源的需要，應(yīng)整合“源-網(wǎng)-荷-儲”各類型靈活性資源，準(zhǔn)確評估未來靈活性需求，將電力系統(tǒng)靈活性提升目標(biāo)納入中長期電力規(guī)劃，并與國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域規(guī)劃有機(jī)銜接，促進(jìn)“源-網(wǎng)-荷-儲”靈活性資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。需要根據(jù)靈活性需求合理投資電源建設(shè)，引導(dǎo)電廠采用更靈活的運(yùn)營模式。加快擴(kuò)

22、大工業(yè)、建筑等多領(lǐng)域用戶側(cè)資源參與需求響應(yīng)的規(guī)模，完善需求響應(yīng)資源激勵費(fèi)率以及懲罰措施來加速其落地實施。重視并加快發(fā)展儲能，在系統(tǒng)規(guī)劃層面協(xié)調(diào)優(yōu)化“源-網(wǎng)-荷-儲”各類型靈活性資源。除電化學(xué)儲能外，還應(yīng)協(xié)調(diào)水利、市政等領(lǐng)域更好地發(fā)揮儲水、儲氣和儲熱等相對成熟技術(shù)的作用，從而實現(xiàn)儲能在更大范圍的協(xié)調(diào)優(yōu)化。電力系統(tǒng)靈活性電力系統(tǒng)靈活性的定義關(guān)于電力系統(tǒng)的靈活性，國際上尚無統(tǒng)一定義。國際能源署（International Energy Agency，IEA）認(rèn)為電力系統(tǒng)靈活性是指在一定經(jīng)濟(jì)成本約束下，電力系統(tǒng)快速響應(yīng)供需兩側(cè)大幅度功率與電能波動的能力，對于能預(yù)見、不能預(yù)見的變化和事件迅速反應(yīng)，負(fù)荷降

23、低時降低出力，負(fù)荷上升時提高出力8。北美電力可靠性協(xié)會（North American Electric Reliability Corporation，NERC）認(rèn)為電力系統(tǒng)的靈活性是指利用系統(tǒng)資源滿足負(fù)荷變化的能力9。許多學(xué)者也對電力系統(tǒng)靈活性給出了各自的定義，例如文獻(xiàn)10將靈活性定義為電力系統(tǒng)在供給和需求方面應(yīng)對波動性和不確定性，并同時在合理成本下保持供電可靠性的能力。文獻(xiàn)11則將系統(tǒng)靈活性定義為在一定時間尺度下，電力系統(tǒng)通過優(yōu)化調(diào)配各類可用的靈活性資源，利用合理的成本去適應(yīng)電源、電網(wǎng)及負(fù)荷隨機(jī)變化的能力。綜上所述，本報告認(rèn)為電力系統(tǒng)靈活性是指電力系統(tǒng)為了保持電力供需動態(tài)平衡，經(jīng)濟(jì)地調(diào)用各

24、類靈活性資源以應(yīng)對電源、電網(wǎng)及負(fù)荷不確定性的能力。電力系統(tǒng)靈活性不足的內(nèi)涵電力系統(tǒng)靈活性主要體現(xiàn)在：當(dāng)不確定性因素造成系統(tǒng)電力供應(yīng)大于需求時，系統(tǒng)可以“向下調(diào)節(jié)”減少出力，從而減少發(fā)電被棄，盡快恢復(fù)供需平衡；當(dāng)不確定性因素造成系統(tǒng)電力供應(yīng)小于需求時，系統(tǒng)可以“向上調(diào)節(jié)”增加出力，從而滿足負(fù)荷需求，避免負(fù)荷削減。目前研究發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)向上靈活性與系統(tǒng)的爬坡能力有關(guān)，對于系統(tǒng)的負(fù)荷供應(yīng)能力有較大影響。向上靈活性不足是導(dǎo)致電力短缺的重要原因。向下靈活性與系統(tǒng)減少常規(guī)機(jī)組出力的能力緊密相關(guān)，對系統(tǒng)的可再生能源消納能力有較大影響。向下靈活性不足是造成棄風(fēng)、棄光的重要原因。向上靈活性不足和向下靈活性不足原

25、理如圖 1-1 所示。Agency IE. Empowering Variable Renewables-Options for Flexible Electricity Systems M. OECD Publishing, 2009: 13-14.North American Electric Reliability Corporation. Special report: Accommodating High Levels of Variable GenerationR. American：North American Electric Reliability Corporation(N

26、ERC), 2010: 2-6.B.V. Mathiesen,H.Lund.Comparative analyses of seven technologies to facilitate the integration of fluctuating renewable energy sourcesJ. IET Renewable Power Generation, 2009, 3: 190-204.魯宗相, 李海波, 喬穎. 含高比例可再生能源電力系統(tǒng)靈活性規(guī)劃及挑戰(zhàn)J. 電力系統(tǒng)自動化, 2016, 40(13): 147-158.圖 1-1 向上靈活性不足和向下靈活性不足原理12高比例可

27、再生能源與電力系統(tǒng)靈活性在建設(shè)美麗中國與應(yīng)對氣候變化問題的雙重壓力下，清潔化變革推動未來建立高比例可再生電力系統(tǒng)成為必然發(fā)展趨勢。風(fēng)能、太陽能等可再生能源的快速發(fā)展，使得以火電為主的傳統(tǒng)電源系統(tǒng)正向以風(fēng)電、光伏發(fā)電等為主的清潔電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。截至 2019年底，全球風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到 12.03 億千瓦，占全部電源裝機(jī)的 34.7%13。國際社會陸續(xù)承諾向 100%可再生能源轉(zhuǎn)型，截至 2018 年 2 月，全球已有超過 100 個城市實現(xiàn) 70%以上的電力需求由可再生能源滿足14。中國也提出到 2050 年實現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)展，為了實現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型，預(yù)計 2030 年和 2

28、050 年可再生能源發(fā)電量占比將分別達(dá)到 50%和 85%以上，風(fēng)光發(fā)電量占比將分別達(dá)到 30%和 60%以上15。受技術(shù)更新、成本降低及政策影響，2015 年以來中國可再生能源發(fā)電快速增長，如圖 1-2 所示。截至 2019 年底，中國電力總裝機(jī)容量為 20.1 億千瓦，可再生能源發(fā)電裝機(jī)占 39.5%，其中風(fēng)電裝機(jī)容量 2.1 億千瓦，光伏發(fā)電裝機(jī)容量 2.0 億千瓦；2019 年中國總發(fā)電量達(dá)到 7.3 萬億千瓦時，可再生能源發(fā)電量為 2.0 萬億千瓦時，占總發(fā)電量的27.9%，其中風(fēng)電發(fā)電量為 4057.0 億千瓦時，占總發(fā)電量的 5.5%，光伏發(fā)電量為 2243.0億千瓦時，占總發(fā)電

29、量的 3.1%。12王仲穎, 鄭雅楠, 王心楠等. 京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性定量比較研究R. 國家發(fā)展和改革委員會能源研究所, 2020.IRENA. Trends in Renewable EnergyEB/OL. 2019. HYPERLINK /Statistics/View-Data-by-Topic/Capacity-and-Generation/Statistics-Time-Series /Statistics/View-Data-by-Topic/Capacity-and-Generation/Statistics-Time-Series創(chuàng)綠研究院. 我們是這樣步入 100%

30、可再生能源未來的EB/OL. 2018. https:/ HYPERLINK /%E5%9B%BE%E9%9B%86-%E6%88%91%E4%BB%AC%E6%98%AF%E8%BF%99%25 /www. HYPERLINK /%E5%9B%BE%E9%9B%86-%E6%88%91%E4%BB%AC%E6%98%AF%E8%BF%99%25 /%E5%9B%BE%E9%9B%86-%E6%88%91%E4%BB%AC%E6%98%AF%E8%BF%99% E6%A0%B7%E6%AD%A5%E5%85%A5100%E5%8F%AF%E5%86%8D%E7%94%9F%E8%83%BD%E

31、6%B A%90%E6%9C%AA%E6%9D%A5%E7%9A%84/國家發(fā)展和改革委員會能源研究所. 中國 2050 高比例可再生能源發(fā)展情景暨路徑研究R/OL. 北京:國家發(fā)展和改革委員會能源研究所, 2015. https:/ HYPERLINK /Reports-zh/china-2050-high-renewable- /www. HYPERLINK /Reports-zh/china-2050-high-renewable- /Reports-zh/china-2050-high-renewable- energy-penetration-scenario-and-roadmap

32、-study-zh可再生能源的快速發(fā)展對電力系統(tǒng)靈活性提出更高的發(fā)展要求。過去幾年，由于政策機(jī)制調(diào)動電力系統(tǒng)靈活性不足，出現(xiàn)了大量的棄風(fēng)、棄光問題，中國的棄風(fēng)率在 2016年達(dá)到 17.1%；而棄光率在 2014 年最高達(dá)到 10.5%。2016-2018 年間，中國棄風(fēng)和棄光電量共計 1389 億千瓦時16。近些年由于可再生能源發(fā)電消納保障措施的實施和靈活性資源投入加大，棄風(fēng)棄光率逐步回落到 5%以下。2019 年全國棄風(fēng)電量 169 億千瓦時，平均棄風(fēng)率降至 4%；棄光電量 46 億千瓦時，平均棄光率降至 2%17（見圖 1-2）。但以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的間歇性可再生能源發(fā)電出力天然具有

33、波動性，隨著其出力占比的逐步提高，系統(tǒng)凈負(fù)荷波動增大，未來單純依靠火電和抽水蓄能的調(diào)節(jié)容量和調(diào)節(jié)能力無法滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的靈活性要求。電力系統(tǒng)靈活性不足制約可再生能源消納的問題尚未得到根本性解決。700060005000億千瓦時4000300020001000020112012201320142015201620172018201918%17%10%16%12%8%10%7%10%6%16%4%3% 10%2%16%14%12%10%8%6%4%2%0%棄風(fēng)電量棄光電量風(fēng)電發(fā)電量光伏發(fā)電量 棄風(fēng)率棄光率圖 1-2 2011-2019 年中國風(fēng)光發(fā)電量及棄風(fēng)棄光率變化情況國家能源局. 2018

34、年可再生能源并網(wǎng)運(yùn)行情況介紹EB/OL. 2019.01. HYPERLINK /2019- /2019- 01/28/c_137780519.htm中國電力規(guī)劃設(shè)計總院. 中國能源發(fā)展報告 2019中國電力發(fā)展報告 2019R. 2020靈活性資源電源側(cè)資源電源側(cè)靈活性資源包括可控的傳統(tǒng)電源（水電、核電、火電）和相對可控可調(diào)度的可再生能源（光熱、生物質(zhì)、地?zé)岬龋┑?，其中火電又分為燃?xì)?、燃油和燃煤機(jī)組?？煽貍鹘y(tǒng)電源裝機(jī)容量大、輸出穩(wěn)定，但同時調(diào)節(jié)能力較弱、啟動時間較長18，其靈活性調(diào)節(jié)能力有限，主要靈活性電源特性見表 1-1?；痣娡ǔＧ闆r下燃煤機(jī)組不做調(diào)峰電源使用，但中國的資源稟賦決定了燃煤機(jī)

35、組的主導(dǎo) 地位，因此各省尤其是抽水蓄能電站較少的省份和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組居多的“三北”地區(qū)，均 采用燃煤機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)峰作為提升電力系統(tǒng)靈活性的必要手段。通過熱電解耦、低壓穩(wěn)燃等技術(shù)改造，煤電機(jī)組的最小穩(wěn)定出力可以降至 20%-30%的額定容量，電力系 統(tǒng)的向下調(diào)節(jié)能力有所提升。與燃煤發(fā)電機(jī)組相比，燃?xì)鈾C(jī)組供電效率高、啟停時間短、 響應(yīng)速度快，從調(diào)節(jié)特性角度來看是最佳的調(diào)峰電源。水電常規(guī)水電利用江河水體中的位能進(jìn)行發(fā)電，按水庫調(diào)節(jié)性能可分為多年調(diào)節(jié)水電站、年調(diào)節(jié)水電站、季調(diào)節(jié)水電站、周調(diào)節(jié)水電站、日調(diào)節(jié)水電站和無調(diào)節(jié)能力的徑流式水 電站等。具有調(diào)節(jié)能力的水電站具有開停機(jī)迅速、功率調(diào)節(jié)快等特點，

36、在電力系統(tǒng)中起 著調(diào)頻、調(diào)峰和備用的作用19。表 1-1 主要靈活性電源特性比較調(diào)控時效性調(diào)控幅度機(jī)組爬坡速率煤電一般裝機(jī)容量50% - 100%較慢（常規(guī) 1 - 2%/min）燃?xì)廨^好裝機(jī)容量0% - 100%較快（常規(guī) 20%/min）水電較好裝機(jī)容量0% - 100%最快（常規(guī) 50 - 100%/min）長期以來，可再生能源被認(rèn)為是電力系統(tǒng)中不確定性因素的源頭，但隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電由分散、小規(guī)模開發(fā)、就地消納的模式向高度集中、大規(guī)模開發(fā)、大量外送的模式轉(zhuǎn)變，各種電源的時空互補(bǔ)效應(yīng)能夠給部分地區(qū)的電力系統(tǒng)帶來一定靈活性。但受制于出力的不確定性，可再生能源提供的靈活性仍具有很大的局限性。

37、電網(wǎng)側(cè)資源電網(wǎng)是輸送電力的載體，也是實現(xiàn)電力系統(tǒng)靈活性的關(guān)鍵。良好的電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行調(diào)度能夠保障電力供給的安全性和可靠性，增強(qiáng)電力系統(tǒng)融合可再生能源發(fā)電的能力，邱忠恩. 水電, 火電, 核電的綜合經(jīng)濟(jì)比較J. 水力發(fā)電學(xué)報, 1990(03): 9-17.王仲穎, 鄭雅楠, 王心楠等. 京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性定量比較研究R. 國家發(fā)展和改革委員會能源研究所, 2020.利用空間分布特性實現(xiàn)靈活性需求平移，保證電力資源的高效配置。電網(wǎng)側(cè)主要靈活性資源包括柔性輸電、互聯(lián)互濟(jì)和微電網(wǎng)。靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）是一項新技術(shù)。它應(yīng)用大功率、高性能的電力電子元件制成可控的有功或無功電源以及電網(wǎng)的一

38、次設(shè)備等，實現(xiàn)對輸電系統(tǒng)的電壓、阻抗、相位角等指標(biāo)的靈活控制，在不改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下，使電網(wǎng)的功率傳輸能力以及潮流和電壓的可控性大為提高，可有效降低功率損耗和減少發(fā)電成本，大幅度提高電網(wǎng)靈活性、穩(wěn)定性、可靠性。互聯(lián)互濟(jì)是指大型電力系統(tǒng)劃分為多個區(qū)域電網(wǎng)并由聯(lián)絡(luò)線連接，區(qū)域之間依靠聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)電力電量交換。電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)可以利用各地區(qū)用電的非同時性進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，減少備用容量和裝機(jī)容量，更為經(jīng)濟(jì)地增強(qiáng)系統(tǒng)抵御事故的能力，提高電網(wǎng)安全水平和供電可靠性；互聯(lián)互濟(jì)還有助于系統(tǒng)承受較大的負(fù)荷沖擊和電源波動，改善電能質(zhì)量，吸納更多風(fēng)光波動性電源。微電網(wǎng)以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，由分布式電源、負(fù)荷、儲能裝置、控制

39、系統(tǒng)等組成，形成模塊化、分散式的供電網(wǎng)絡(luò)。微電網(wǎng)是一個可以自治的單元，可根據(jù)電力系統(tǒng)或微電網(wǎng)自身的需要實現(xiàn)孤島模式與并網(wǎng)模式間的無縫轉(zhuǎn)換，有利于提高電力系統(tǒng)的可靠性、電能質(zhì)量以及靈活性。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時，可以作為大小可變的智能負(fù)荷，能在數(shù)秒內(nèi)做出響應(yīng)以滿足系統(tǒng)需要，為電力系統(tǒng)提供靈活性支撐。用戶側(cè)資源用戶側(cè)電力需求側(cè)管理是電力系統(tǒng)靈活性的重要提供源。它通過采取措施引導(dǎo)用戶優(yōu)化用電方式，不僅可以平抑用電負(fù)荷的波動性、減小負(fù)荷的峰谷差、提高電網(wǎng)利用效率，還能夠通過調(diào)動負(fù)荷側(cè)的響應(yīng)資源來滿足系統(tǒng)靈活性需求，保障系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，促進(jìn)更多可再生能源的消納。需求側(cè)靈活性資源包括負(fù)荷需求響應(yīng)（ Dema

40、nd Response，DR）和電動汽車等。需求響應(yīng)需求響應(yīng)通過對可中斷負(fù)荷的負(fù)荷管理和一定時間內(nèi)的價格信號或激勵機(jī)制，改變需求側(cè)負(fù)荷原定的用電方式，實現(xiàn)削峰填谷，提供靈活性。簡單來講，需求響應(yīng)是通過合理的機(jī)制促使電力消費(fèi)者在用電負(fù)荷高峰時段改變用電行為，停用或轉(zhuǎn)移到其他時段用電。按照不同的響應(yīng)方式，可將電力市場下的需求響應(yīng)分為基于價格的 DR 和基于激勵的 DR20?；趦r格的 DR 是指負(fù)荷端對零售電價的變化進(jìn)行響應(yīng)并調(diào)整用電需求，用戶通過經(jīng)濟(jì)決策后自愿將用電從高峰時段調(diào)整至低谷時段，利用低電價來實現(xiàn)減少電費(fèi)支出的目的；基于激勵的 DR 是指用戶與 DR 的實施機(jī)構(gòu)簽訂合同，并明確基本負(fù)荷

41、的U.S. Department of Energy. Benefits of Demand Response in Electricity Markets and Recommendations for Achieving Them: A report to the United State Congress Pursuant to Section 1252 of the Energy Policy Act of 2005EB/OL. 2006.02. https:/ HYPERLINK /sites/prod/files/oeprod/DocumentsandMedia/DOE_Benef

42、its_of_Demand_Response_in_El /www. HYPERLINK /sites/prod/files/oeprod/DocumentsandMedia/DOE_Benefits_of_Demand_Response_in_El /sites/prod/files/oeprod/DocumentsandMedia/DOE_Benefits_of_Demand_Response_in_El ectricity_Markets_and_Recommendations_for_Achieving_Them_Report_to_Congress.pdf消費(fèi)量和負(fù)荷削減量計算方法，

43、確定激勵費(fèi)率及不能履行合同進(jìn)行響應(yīng)的懲罰措施。具體實施階段，機(jī)構(gòu)制定確定的或動態(tài)的政策，激勵用戶在系統(tǒng)可靠性受到威脅或者電價相對較高時削減負(fù)荷，提供靈活性。電動汽車電動汽車并入電網(wǎng)不僅可以充電還可以放電，因此可以提供向上和向下靈活性調(diào)節(jié)能力。通過優(yōu)化充放電策略，電動汽車的普及使用可以成為高質(zhì)量的系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源。由于電動汽車不同類型蓄電池的充放電特性不一，電力調(diào)度部門對電動汽車的放電時間進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，執(zhí)行適當(dāng)?shù)某浞烹姴呗杂兄趯崿F(xiàn)電力供需平衡。儲能資源儲能技術(shù)作為一種新型技術(shù)，在負(fù)荷低谷時存儲電量，在高峰時釋放電量。儲能通過對電能供需時間上的平移提供靈活性，實現(xiàn)削峰填谷、平衡供需，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

44、儲能技術(shù)與可再生能源結(jié)合利用時，可以平抑可再生能源發(fā)電的間歇性和波動性，促進(jìn)可再生能源的消納。在電源側(cè)，儲能能夠提升可再生能源并網(wǎng)特性，提高電網(wǎng)考核分，減少考核損失，同時促進(jìn)可再生能源根據(jù)電力需求特性、市場價格信號等優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行，減少棄風(fēng)棄光電量，降低系統(tǒng)輔助服務(wù)成本。在電網(wǎng)側(cè)，儲能能夠促進(jìn)可再生能源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。在可再生能源較為集中的區(qū)域，電網(wǎng)側(cè)儲能可以發(fā)揮其削峰填谷、負(fù)荷跟蹤、調(diào)頻調(diào)壓等功能，改進(jìn)電力調(diào)度方式，加強(qiáng)區(qū)域負(fù)荷調(diào)節(jié)優(yōu)化。在用戶側(cè)，儲能可以提高分布式可再生能源發(fā)電就地消納的比例，降低負(fù)荷對電網(wǎng)供電的依賴性，提升系統(tǒng)靈活性。當(dāng)前儲能技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，材料成本逐年下降，為大規(guī)模

45、儲能的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。電能存儲技術(shù)分類如圖 1-3 所示。電儲能物理形式化學(xué)形式機(jī)械能電磁場能氫儲能電池儲能動能：飛輪儲能抽水蓄能勢能壓縮空氣儲能 電場能：超級電容器磁場能：超導(dǎo)磁儲能鋰離子電池鉛酸電池液流電池鈉硫電池，等圖 1-3 典型電儲能技術(shù)分類目前，除抽水蓄能技術(shù)相對成熟外，其余大容量儲能技術(shù)仍處于試點示范階段，且投資成本相對較高，亟待進(jìn)一步的技術(shù)突破和成本降低。不同儲能技術(shù)有各自的優(yōu)缺點，電化學(xué)電池儲能配置靈活，響應(yīng)速度快且不受外部條件限制，但使用壽命有限，成本較高；飛輪儲能具有功率密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長、對環(huán)境友好等優(yōu)點，缺點是儲能能量密度低、自放電率較高；電磁儲

46、能響應(yīng)速度快、功率密度高且對環(huán)境友好，缺點是現(xiàn)階段成本高且存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題；壓縮空氣儲能技術(shù)和抽水蓄能技術(shù)都受到環(huán)境和材料等外部條件制約。未來廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的儲能技術(shù)，至少需達(dá)到兆瓦級/兆瓦時級的儲能規(guī)模。抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電化學(xué)電池儲能可達(dá)到這一規(guī)模，而飛輪儲能、超導(dǎo)磁儲能及超級電容器等功率型儲能技術(shù)則很難達(dá)到。未來在儲能靈活性資源選擇上要綜合考慮技術(shù)成熟度、成本等多種條件。靈活性相關(guān)機(jī)制市場型靈活性能量市場按照邊際出清價格機(jī)制調(diào)用資源，天然具有靈活性。計劃體制下，為確保電力安全，通常利用常規(guī)電源發(fā)電滿足負(fù)荷需求，電源發(fā)電計劃提前確定，固定的常規(guī)電源發(fā)電份額導(dǎo)致可再生能源發(fā)電空

47、間受到擠壓。市場機(jī)制下，負(fù)荷與可再生能源發(fā)電預(yù)測提前一天完成，預(yù)測的出力用于日前市場交易，最大程度去滿足電力電量平衡。日內(nèi)市場主要是根據(jù)風(fēng)力和光照的變化更新對波動性可再生能源出力的預(yù)測，在日前預(yù)測的基礎(chǔ)上更新日內(nèi)交易發(fā)電計劃，進(jìn)行提前 15 分鐘或更早的電力交易。成熟電力市場通過實時電價變化，引導(dǎo)發(fā)電企業(yè)主動參與調(diào)峰，這一過程在能量市場出清中完成。通常系統(tǒng)負(fù)荷較小時電價可能較低，而在系統(tǒng)負(fù)荷較大時電價可能很高，因此調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的機(jī)組可以通過在谷時段少發(fā)電而在峰時段多發(fā)電獲得較高的平均電價。由于日前市場和日內(nèi)市場的存在，市場參與者幾乎可以完全通過能量市場平衡其發(fā)用電計劃，在能量市場交易中按照邊際機(jī)

48、組報價出清。由于可再生能源在能量市場中的報價接近于零，在不同類型機(jī)組參與調(diào)度時將優(yōu)先出清，因此有利于可再生能源的消納。單一能量市場不能滿足實時電力平衡需求，仍需要輔助服務(wù)市場來保證電力系統(tǒng)的瞬時物理平衡?？紤]到負(fù)荷和風(fēng)電出力隨機(jī)波動所帶來的不確定性，一般由在輔助服務(wù)市場中購買的備用容量來彌補(bǔ)意外負(fù)荷或不可預(yù)料的負(fù)荷導(dǎo)致的供需不平衡，減少失負(fù)荷情況的出現(xiàn)。備用通常分為三種：一次控制備用、二次控制備用和三次控制備用。一次備用容量是在干擾發(fā)生 5 秒內(nèi)啟用，其作用是穩(wěn)定電網(wǎng)頻率，啟動時間為 30 秒；二次控制備用是在首次功率變化后 30 秒內(nèi)召集備用提供商，平衡控制區(qū)域，使電網(wǎng)頻率回到標(biāo)稱值，取代一

49、次備用，啟動時間為 5 分鐘；三次控制備用是在干擾發(fā)生 15 分鐘后手動啟用，不完全取代二次控制備用，啟動時間為 15 分鐘。具體備用作用機(jī)理如圖1-4 所示。高比例的可再生能源也會增加供需平衡的波動性和不確定性，與發(fā)電強(qiáng)烈波動且非同步的電力系統(tǒng)中的頻率控制和電壓控制相關(guān)的挑戰(zhàn)，需要快速調(diào)頻和快速爬坡等輔助服務(wù)產(chǎn)品來解決，輔助服務(wù)市場此時便可以發(fā)揮關(guān)鍵作用，優(yōu)先調(diào)動更高水平的靈活資源（如儲能和需求響應(yīng)）。規(guī)劃型靈活性圖 1-4 市場備用容量作用機(jī)制21電力系統(tǒng)長期以來保障運(yùn)行安全的基本方法是通過配置充裕的備用容量滿足最大波動量來保障電力平衡。而在高比例可再生能源系統(tǒng)中，源荷波動疊加導(dǎo)致靈活性需

50、求劇增，同時，部分常規(guī)電源被可再生能源替代進(jìn)一步減少了靈活性電源，單純靠備用電源保障系統(tǒng)安全成本昂貴且不可行。未來大規(guī)模備用容量的提升將限制系統(tǒng)的向下調(diào)節(jié)能力，因此，電力規(guī)劃理念應(yīng)加強(qiáng)“靈活性平衡”約束考量，必須充分挖掘“源-網(wǎng)-荷-儲”各個環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)潛力參與平衡，建立靈活性需求與供給的平衡。同時，厘清不同類型、不同口徑電源在電力供給中的合理定位，制定行之有效的電力規(guī)劃，讓電力系統(tǒng)具備“天生的”靈活性。電力系統(tǒng)“靈活性平衡”應(yīng)從“源-網(wǎng)-荷-儲”多時間尺度、多維度考慮靈活性資源的投資決策，真正以資源規(guī)劃和靈活性需求一起考慮電力規(guī)劃。未來電力系統(tǒng)應(yīng)針對靈活性不足類型及其時間尺度開展電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，

51、重塑能源系統(tǒng)，將電、熱、氣之間的互轉(zhuǎn)互濟(jì)作為滿足系統(tǒng)靈活性的最基礎(chǔ)保障，優(yōu)先消納可再生能源；長遠(yuǎn)看應(yīng)提高輸電系統(tǒng)對靈活性資源的承載能力；大力推動需求側(cè)響應(yīng)，充分挖掘負(fù)荷側(cè)靈活性；大規(guī)模應(yīng)用儲能，實現(xiàn)日調(diào)節(jié)、月調(diào)節(jié)和年調(diào)節(jié)儲能設(shè)施的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步提升系統(tǒng)靈活性。GIZ. 對電力系統(tǒng)靈活性的激勵: 德國電力市場的作用R. 2019.10.中國電力系統(tǒng)靈活性資源現(xiàn)狀2019 年，中國風(fēng)電裝機(jī)和太陽能發(fā)電裝機(jī)占全球風(fēng)電總裝機(jī)和太陽能發(fā)電總裝機(jī)的比例分別達(dá)到了 34%和 35%，均為世界第一。隨著可再生能源平價時代的到來，其裝機(jī)容量及發(fā)電量將不斷提高，大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤虢o電力系統(tǒng)的靈活性提出了更高

52、要求。當(dāng)前中國電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活性欠缺、電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行方式較為僵化等現(xiàn)實情況難以發(fā)揮電源清潔高效消納的優(yōu)勢，區(qū)域用電用熱矛盾突出，優(yōu)化調(diào)度全額消納可再生能源難度較大。技術(shù)型靈活性資源現(xiàn)狀電源側(cè)資源現(xiàn)狀當(dāng)前，中國電力系統(tǒng)中靈活調(diào)節(jié)電源配比較低，與可再生能源裝機(jī)世界第一的現(xiàn)狀不匹配，煤電機(jī)組靈活性改造仍有較大空間。同時，中國可再生能源資源富集地區(qū)具有調(diào)節(jié)性能的水電、抽水蓄能和燃?xì)怆娬镜褥`活電源比重低，系統(tǒng)靈活性不足。受機(jī)組性能設(shè)計、煤電電價機(jī)制等因素影響，中國燃煤機(jī)組最大調(diào)峰幅度普遍設(shè)定為 50%，常規(guī)機(jī)組的最小負(fù)荷和爬坡率指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于丹麥、德國等領(lǐng)先國家水平，特別是“三北”地區(qū)“以熱定電”的供熱機(jī)

53、組比重大，冬季調(diào)峰能力十分有限。中國電源側(cè)靈活性資源主要包括深度調(diào)峰改造后的煤電、氣電和水電，各種資源特性如表 2-1 所示。從提升系統(tǒng)靈活性潛力的角度來看，氣電因其啟停速度、調(diào)節(jié)能力的優(yōu)勢，技術(shù)上可以作為調(diào)峰電源的最優(yōu)選擇。表 2-1 靈活性資源的特性靈活性資源煤電深度調(diào)峰改造氣電抽水蓄能電源側(cè)儲能優(yōu)點深度調(diào)峰技術(shù)手段成熟，可普遍適用于煤電機(jī)組，改造后的機(jī)組最小出力可達(dá)到額定出力的 20%-30%1.啟停速度快，100%全負(fù)荷啟動只需 9-10min 2.占地少，用水量少3.適合在可再生能源富集區(qū)對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié) 4.適合在負(fù)荷中心建設(shè)100% 全負(fù)荷 啟動需 2-3min響應(yīng)速度快，充放電時

54、間為毫秒級可多次調(diào)節(jié)缺點響應(yīng)調(diào)節(jié)速度慢，冷啟動需 5 小時改造后的機(jī)組煤耗增加，壽命縮短，污染增加建設(shè)投資成本高天然氣價格高受選址條件約束和經(jīng)濟(jì)性限制，建設(shè)規(guī)模有限受技術(shù)條件限制，目前尚不具備大規(guī)模建設(shè)條件建設(shè)投資成本高電網(wǎng)側(cè)資源現(xiàn)狀目前中國各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，增強(qiáng)了能源配置能力。東北 500 千伏主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、華北“兩橫一縱”交流特高壓主網(wǎng)架、西北 750 千伏主網(wǎng)架、華東特高壓環(huán)網(wǎng)、華中東四省電網(wǎng)與川渝藏電網(wǎng)異步的互聯(lián)、南方電網(wǎng)“八交十直”的西電東送主網(wǎng)架，共同構(gòu)成了中國堅強(qiáng)的網(wǎng)架系統(tǒng)，基本形成了西電東送、北電南送的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，大幅提升了能源配置能力和電網(wǎng)安全供電水平。截至 2018 年底

55、，全國 220 千伏及以上輸電線路長度 73.3 萬公里，其中，交流線路69.1 萬公里，直流線路 4.2 萬公里。220 千伏及以上變電設(shè)備容量 40.2 億千瓦，其中交流變電設(shè)備容量 36.9 億千瓦，直流換流容量 3.4 億千瓦。另外，2019 年最新統(tǒng)計顯示，全國電網(wǎng)投資 5373 億元，新增 220 千伏及以上輸電線路長度 3.77 萬千米，新增 220 千伏及以上變電設(shè)備容量 2.2 億千瓦，新增直流換流容量 3200 萬千瓦（見表 2-2）。表 2-2 全國 220 千伏及以上輸變電發(fā)展情況22截至 2018 年底2019 年新增合計輸電線路長度（萬公里）73.33.7777.0

56、7變電設(shè)備容量（億千瓦）目前中國建成了多個特高壓可再生能源專項輸電工程，但由于火電、風(fēng)電等電源的發(fā)展與電網(wǎng)發(fā)展在時間上的不同步不協(xié)調(diào)、送端和受端承受能力不同，實際輸送新能源電量不及預(yù)期。2018 年榆橫至濰坊特高壓、錫盟送山東、浙福特高壓、蒙西至天津南特高壓年輸送電量最低達(dá) 29.2 億千瓦時，最高達(dá) 78.9 億千瓦時，但均無新能源發(fā)電量輸送。一些特高壓輸電線路年輸電量非常大，而輸送新能源的電量卻占比很低。錫泰直流和吉泉直流的年輸送電量高達(dá) 53.2 和 47.6 億千瓦時，但新能源輸送電量僅為 0.4 和 1.1億千瓦時，占比分別為 0.75%和 2.31%。用戶側(cè)資

57、源現(xiàn)狀2013 年以來，北京、上海、江蘇等地區(qū)陸續(xù)開展需求響應(yīng)試點，充分挖掘電力需求側(cè)資源參與電網(wǎng)調(diào)度的潛力。其中，江蘇針對部分工業(yè)空調(diào)用戶首次嘗試了實時通知下的需求響應(yīng)項目，為建立需求響應(yīng)參與系統(tǒng)調(diào)頻項目起到了示范引導(dǎo)作用。2014-2018 年中國削峰響應(yīng)試點實施情況如表 2-3 所示23，可以看到每年度削峰響應(yīng)試點實施情況不一，其中 2016 年削減負(fù)荷和削減電量較高，但總體仍處于起步階段，響應(yīng)規(guī)模和穩(wěn)定性仍難以滿足需求。2019 年山東 55 家電力用戶達(dá)成削峰需求響應(yīng) 2104 兆瓦，填谷需求響應(yīng) 827 兆瓦24；2019 年河南省季節(jié)性需求響應(yīng)共有 145 家企業(yè)參與，其中 77

58、 家為有效響應(yīng)（有效響應(yīng)指電力客戶實際響應(yīng)負(fù)荷量大于合同響應(yīng)量的 120%），響應(yīng)規(guī)模中國電力企業(yè)聯(lián)合會. 2019-2020 年度全國電力供需形勢分析預(yù)測報告R. 2020陳宋宋, 李德智. 中美需求響應(yīng)發(fā)展?fàn)顟B(tài)比較及分析J. 電力需求側(cè)管理, 2019, 21(03): 73-76+80.北極星售電網(wǎng). 山東 2019 年電力需求響應(yīng)單邊競價交易結(jié)果EB/OL. 2019.07.29. HYPERLINK /html/20190729/995966.shtml /html/20190729/995966.shtml352 兆瓦25。江蘇 2019 年 7 月 30 日單次需求響應(yīng)參與者包括

59、普通用戶 452 戶和負(fù)荷集成商 13 家，削減用電負(fù)荷 4020 兆瓦，創(chuàng)下單次削減負(fù)荷新紀(jì)錄。表 2-3 中國 2014 年-2019 年度削峰響應(yīng)試點實施情況年份實施次數(shù)/次參與用戶數(shù)量/戶參與聚合商數(shù)量/戶削減負(fù)荷/MW削減電量/MWh激勵費(fèi)用/萬元2014134055.0027.505.502015182440282160.561214.813427.22201693313274191.002827.008601.502017120426.0026.0039.0020186173191734.481494.811060.112019 山東-555-2103.952-6311.8562

60、019 河南-77-351.9-注：表中激勵費(fèi)用數(shù)據(jù)不包含江蘇省 2015 年激勵費(fèi)用電動汽車作為分布式儲能可通過有序充電、V2G（Vehicle-to-Grid）等方式參與電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)，為電力系統(tǒng)提供一定規(guī)模的靈活性。近年來中國電動汽車發(fā)展迅速，截至 2019 年底，中國新能源汽車保有量超過 381 萬輛26，連續(xù)五年占據(jù)世界第一，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也日益加速，已建成充電樁數(shù)量超過 120 萬27。儲能資源現(xiàn)狀儲能靈活性資源主要為抽水蓄能和電化學(xué)儲能。水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016 - 2020 年）中指出，“十三五”期間全國新開工抽水蓄能電站 6000 萬千瓦左右，2020