電力系統(tǒng)靈活性提升機(jī)理及儲能容量配置方法分析報告-培訓(xùn)課件

電力系統(tǒng)靈活性提升機(jī)理及儲能容量配置方法2023年7月背景12345何謂靈活性為什么現(xiàn)有機(jī)制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例背景?

2020年9月，國家主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上表示，中國的二氧化碳的碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值,努力爭取到2060年前實現(xiàn)“碳中和”?

2021年12月,國務(wù)院印發(fā)《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》：大力推動節(jié)能減排,加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,助力實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)1994199620052007《聯(lián)合國氣候變化框架公約》COP2發(fā)布《日內(nèi)瓦宣言》《京都議定書》巴厘路線圖20092015零碳社會本世紀(jì)下半葉2050…實現(xiàn)溫室氣體凈零排放溫升控制在1.5℃《巴黎氣候變化協(xié)定》《哥本哈根協(xié)議》零碳能源系統(tǒng)以內(nèi)幾點認(rèn)識：后三十年主要任務(wù)——消納新能源能源行業(yè)，前三十年主要任務(wù)是建設(shè)新能源，后三十年主要任務(wù)是消納新能源能源行業(yè)，前三十年發(fā)展看新能源，后三十年發(fā)展看儲能（廣義儲能、虛擬電廠）與新能源相比，廣義儲能依托于大云物智移等技術(shù)，可以數(shù)字化形式為各行各業(yè)賦能，具有更大的想象空間幾點認(rèn)識：儲能本質(zhì)時間自由即儲能幾點認(rèn)識：園區(qū)是靈活性資源集聚地n園區(qū)中分布式資源靈活調(diào)節(jié)潛力巨大n認(rèn)識：儲能作用是移峰填谷，完成負(fù)荷轉(zhuǎn)移；靈活性負(fù)荷作用亦然n靈活性負(fù)荷即更廉價的儲能n挖掘、協(xié)同、聚合需求側(cè)資源調(diào)節(jié)能力，構(gòu)建成為廣義儲能工業(yè)熱泵熱水器工業(yè)生產(chǎn)線電動汽車充電樁電采暖電網(wǎng)運行空調(diào)廣義儲能園區(qū)中分布式資源例如：空調(diào)占冬夏尖峰負(fù)荷50%以上幾點認(rèn)識：園區(qū)是實現(xiàn)碳中和主戰(zhàn)場u

我國90%以上城市居民工作與生活在園區(qū)，城市里除了馬路，幾乎都是園區(qū)【1】，是廣泛存在的社會載體u

園區(qū)是需求側(cè)最典型的綜合能源節(jié)點，包含了能源的生產(chǎn)、消費、存儲各個環(huán)節(jié)u

園區(qū)是能源與社會的交匯點，是未來能源系統(tǒng)實現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展的主戰(zhàn)場園區(qū)4.0智慧綠色、實現(xiàn)雙碳目標(biāo)園區(qū)1.0園區(qū)2.0園區(qū)3.0勞動密集?人員活動驅(qū)動

產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)?能源消費攀升

技術(shù)創(chuàng)新?信息互聯(lián)改革開放初期基礎(chǔ)建設(shè)增長期信息技術(shù)發(fā)展期206019781990201020202030【1】2020年，、埃森哲《未來智慧園區(qū)白皮書》背景12345何謂靈活性為什么現(xiàn)有機(jī)制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例“鴨子曲線”問題高比例新能源滲透后：?

美國加州市場出現(xiàn)嚴(yán)重鴨子曲線問題，3小時內(nèi)13GW的爬坡需求，以及過發(fā)電風(fēng)險?

中國青海也出現(xiàn)類似問題，系統(tǒng)調(diào)峰深度超過10GW面對負(fù)荷和新能源的雙側(cè)功率波動系統(tǒng)靈活性需求激增何謂靈活性？北美電力可靠性委員會（NERC）：靈?活?性?是?消?弭?負(fù)?荷?需?求?變?化?的?能?力?

爬坡需求確定性變化?

削峰填谷需求（Variability）?

曲線形狀波動大不確定性變化?

預(yù)測誤差（Uncertainty）迫切需要配儲來提升系統(tǒng)靈活性。靈活性，為什么現(xiàn)在如此重要？?

原因：新型電力系統(tǒng)下，電源結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻變化。?

在既有電力系統(tǒng)下，主力電源是水電廠、火電廠?

火電廠、水電廠既提供電能、也提供調(diào)節(jié)能力?

調(diào)節(jié)能力充裕而廉價，可以被忽略，不需要被明確定義、計量、作為商品。?

在新型電力系統(tǒng)下，主力電源是光伏等可再生能源。?

光伏等只能電量，不能提供調(diào)節(jié)能力。?

調(diào)節(jié)能力稀缺，不能忽略，必須明確定義、計量、作為商品。儲能建設(shè)，正是為了提供新型電力系統(tǒng)下“稀缺”的靈活性。背景12345何謂靈活性為什么現(xiàn)有機(jī)制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例為什么現(xiàn)有市場機(jī)制難以提升靈活性？現(xiàn)有靈活性產(chǎn)品——以美國加州市場（CAISO）提出的靈活爬坡產(chǎn)品（FRP）為代表現(xiàn)有靈活爬坡產(chǎn)品示意圖?

FRP實質(zhì)上是應(yīng)對預(yù)測誤差的備用容量?

針對不確定性變化（Uncertainty）產(chǎn)生的靈活性需求，其作用還存在爭論?

無法表征應(yīng)對確定性變化（?Variability?）的靈活性貢獻(xiàn)為什么現(xiàn)有市場機(jī)制難以提升靈活性？?

“鴨子曲線”問題本質(zhì)上并不是“預(yù)測誤差”造成的?

而是由于電力系統(tǒng)缺乏應(yīng)對負(fù)荷在連續(xù)時間段上確定性變化（Variability）的能力發(fā)電商2（未產(chǎn)生靈活性貢獻(xiàn)反而產(chǎn)生靈活性需求）曲線形狀本身即蘊含靈活性價值！發(fā)電商1（產(chǎn)生靈活性貢獻(xiàn)）儲能（產(chǎn)生靈活性貢獻(xiàn)）為什么現(xiàn)有市場機(jī)制難以提升靈活性？?

本質(zhì)原因:?個體應(yīng)對負(fù)荷確定性變化的靈活性貢獻(xiàn)無法表征、量化和交易?

傳統(tǒng)分時段交易存在本質(zhì)缺陷在現(xiàn)有市場機(jī)制中：?

發(fā)電商1和2按各時段出清單價結(jié)算，受到的激勵完全相同?

靈活性貢獻(xiàn)未得到獨立表征?

做出靈活性貢獻(xiàn)的發(fā)電商2也不會因此受到激勵?

長此以往，系統(tǒng)靈活性將更加匱乏?強(qiáng)制配儲政策難解困局各省的新能源配儲政策匯總：?

新能源為裝機(jī)容量10%~30%、時長2h~4h配置儲能為什么儲能比例是10%,20%,30%?意識到了問題，但還缺乏進(jìn)一步理論依據(jù)？強(qiáng)制配儲政策難解困局“由于缺乏合理的調(diào)度機(jī)制和電價疏導(dǎo)機(jī)制，新能源強(qiáng)制配儲沒有經(jīng)濟(jì)性”——這一觀點幾乎已成為行業(yè)共識主要原因：電網(wǎng)?

政策規(guī)劃具有超前性，有時太過超前?

原材料飆漲和入網(wǎng)電價擠壓下，一部分儲能項目可能存在的質(zhì)量安全性問題，由此導(dǎo)致電網(wǎng)不愿意調(diào)用“雙輸”?

新能源場站的儲能電力的調(diào)度的技術(shù)儲備相對不完善、結(jié)算機(jī)制不靈活、以及部分新能源儲能項目規(guī)劃建設(shè)上存在不合理現(xiàn)象帶來商業(yè)模式問題新能源發(fā)電商儲能如何參與電力市場？?

現(xiàn)有市場機(jī)制要求儲能與發(fā)電機(jī)/負(fù)荷一樣競價?

難點1：儲能的報價是基于其對未來電價的預(yù)測；但是在實際市場中，儲能的充放電行為則會影響未來電價。?

儲能容量越大，其報價會越偏離市場需要；對系統(tǒng)的貢獻(xiàn)也會隨之降低甚至產(chǎn)生反作用?

難點2：儲能參與電力市場，激勵不相容?

儲能設(shè)備可以作為負(fù)荷在價格較低時購電（充電），然后在價格較高時售電（放電），通過此種方式獲取差價收益。?

但是，如果所有的儲能設(shè)備都按照這種方式操作，電力市場的價格峰谷可能會被削平，從而降低了儲能設(shè)備的收益背景12345何謂靈活性為什么現(xiàn)有機(jī)制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例系統(tǒng)靈活性，

于個體靈活性要提升系統(tǒng)靈活性必先設(shè)計頂層市場機(jī)制，引導(dǎo)、激勵個體提升自身靈活性目的：根本性解決靈活性提升及新能源消納問題系統(tǒng)靈活性欲提升個體靈活性，必先量化其靈活性貢獻(xiàn)系統(tǒng)層面：ü

舍棄分時段交易，轉(zhuǎn)而將電量曲線作為一個有機(jī)整體，量化其電量價值和靈活性價值?ü

量化個體靈活性貢獻(xiàn)，方可激勵個體靈活性自發(fā)提升欲量化靈活性，須先明確個體調(diào)節(jié)責(zé)任ü

調(diào)節(jié)責(zé)任機(jī)制：發(fā)電商的發(fā)電量應(yīng)與其調(diào)節(jié)責(zé)任成正相關(guān)（例如，與負(fù)荷曲線形狀一致）ü

本質(zhì)：原本由電網(wǎng)承擔(dān)的平衡責(zé)任公平劃分至發(fā)電商個體，也即各自提供成比例的靈活性貢獻(xiàn)傳統(tǒng)方式：不現(xiàn)實也不公平，無法適應(yīng)高比例新能源基于調(diào)節(jié)責(zé)任的新方法火電出力，承擔(dān)發(fā)電商1發(fā)電商2大范圍調(diào)節(jié)任務(wù)新能源出力，產(chǎn)生大量調(diào)節(jié)需求發(fā)電商3發(fā)電商4個體提升靈活性具體方式方式1：發(fā)電機(jī)靈活性改造?

新市場機(jī)制將極大促進(jìn)個體靈活性自主自發(fā)提升，資源高效聚合發(fā)電商滿足調(diào)節(jié)責(zé)任的方式方式2：自主配置廣義儲能，綜合考慮成本和收益?

方式2成為主要途徑和必然趨勢方式3：直接從市場購買靈活性多方共贏電網(wǎng)ü

儲能：新市場機(jī)制使得儲能收益與貢獻(xiàn)匹配ü

新能源：消納率提升，社會總福利增大新能源...ü

電力用戶：系統(tǒng)靈活性提升，電價穩(wěn)定，電力供應(yīng)得到保障ü

電網(wǎng)：可調(diào)度靈活性資源豐富，新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、綠色、低碳運行儲能電力用戶背景12345何謂靈活性為什么現(xiàn)有機(jī)制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例以實際數(shù)據(jù)的新能源電站配儲為例新能源的儲能容量/功率配置：將新能源典型功率曲線轉(zhuǎn)化為負(fù)荷形狀一致的目標(biāo)曲線，所需要的最小儲能容量/充放電功率——新能源的調(diào)節(jié)責(zé)任決定了儲能配置容量大小以實際數(shù)據(jù)的新能源電站配儲為例單個新能源廠站的儲能容量配置測算：風(fēng)電?

測試系統(tǒng)：IEEE?39節(jié)點系統(tǒng)?

總裝機(jī)容量：895?MW?

典型日負(fù)荷需求總量：5023?MWh?

風(fēng)電典型反調(diào)峰特性曲線儲能電量電量占比（以日電量為基準(zhǔn)值）儲能充放電功率功率占比（以系統(tǒng)總裝機(jī)容量為基準(zhǔn)值）風(fēng)電裝機(jī)占比17%36%54%536MWh?；?11%74MW?；?8%127MW；14%210MW?；?23%1068MWh?；?21%1606MWh?；?32%以實際數(shù)據(jù)的新能源電站配儲為例單個新能源廠站的儲能容量配置測算：光伏?

測試系統(tǒng)：IEEE?39節(jié)點系統(tǒng)?

總裝機(jī)容量：895?MW?

典型日負(fù)荷需求總量：5023?MWh?

光伏典型曲線(白天功率大/夜間為零)?

光伏晝夜功率差更大，導(dǎo)致光伏比風(fēng)機(jī)所需儲能更大儲能電量電量占比（以日電量為基準(zhǔn)值）儲能充放電功率功率占比（以系統(tǒng)總裝機(jī)容量為基準(zhǔn)值）光伏裝機(jī)占比17%36%54%693MWh?；?13%79MW?；?9%197MW；22%290MW?；?32%1722MWh?；?34%2517MWh?；?51%以實際數(shù)據(jù)的新能源電站配儲為例全系統(tǒng)新能源的儲能容量配置測算?

測試系統(tǒng)：IEEE?39節(jié)點系統(tǒng)?

總裝機(jī)容量：895?MW?

典型日負(fù)荷需求總量：5023?MWh?

新能源占比——風(fēng)電：光伏=