电力新能源是什么概念?
新能源电力系统及其特征
随着以风电、太阳能发电等新能源电力的开发利用,接入电网的新能源电力比重日益提高。众所周知,电力的基本特征是难以大规模储存,电力的生产与消费必须同步进行。电力系统通过统一的调度指挥,使电力的生产跟随负荷需求的变化,保证电能的实时供需平衡。对于传统的电力系统来说,电力调度中心根据用户负荷需求变化对发电单元发出调度指令,发电单元执行自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)调度指令改变发电负荷,满足用户负荷需求,维持电网安全稳定,保证电能质量。当发电侧的可调度容量难以达到负荷侧需求以及发生可能影响电网安全稳定的情况时,电力调度中心将采取切除用户负荷等措施,保证电网安全稳定运行。对于传统的火电、水电、核电、油/气发电而言,发电单元一般具有良好的可调度性能。发电机组在一定的容量范围内可以按照电网调度AGC指令变更发电功率。因此,在发电装机容量可满足用户最大负荷的前提下,整个电力系统是可调可控的。风电、太阳能发电区别于传统发电的一个重要特征在于它的随机波动性。由于产生电力的一次能源来自于自然界空气的流动与太阳光的辐射,不仅不可储存,而且受到季节、气候和时空等的影响,具有很强的随机波动性和间歇性,因此,对于具有一定装机容量的新能源发电单元来说,其实际出力首先取决于现时刻的风力、太阳光强度的约束。当风电、太阳能发电规模化接入电网后,电力系统就必须在随机波动的发电侧与随机波动的负荷侧之间实现电力的供需平衡,保持电网的安全稳定。
新能源电力的另外一个重要特征在于它的能量密度低。例如:当风速为3m/s时,其能量密度为20W/m2左右,而太阳能即使是在天气晴朗的正午,太阳垂直投射到地球表面的能量密度仅为1000W/m2左右,这样使得新能源发电设备的单机容量不可能过大。大量的小容量发电机组接入电网,使电力系统受控发电单元呈爆炸性增长趋势。截至2012年底,我国火电机组累计装机819.17GW,单机6MW及以上的火电机组总数约为6600台;同期,风电机组的装机总量仅为75.324GW,装机数量却达到了53764台,超过了火电机组数量的8倍。 按照我国风电装机2020年将达到200~300GW的预期,以目前风电的平均单机装机容量来计算,到时需要并入电网的风电机组数量将达到14万至21万台!随着新能源电力的规模化开发和电网中新能源电力比重的增加,使传统电力系统的基本特征发生了显著的变化,主要体现在以下几个方面:随机性、可控性、安全性、整体性、智能化。进而将推动电力系统的结构形态、运行控制方式以及规划建设与管理发生根本性变革,从而将逐步形成新一代电力系统,即新能源电力系统。
新型电力系统的“新”主要表现为以下几个方面:
电源结构由可控连续出力的煤电装机占主导,向强不确定性、弱可控性出力的新能源发电装机占主导转变。
负荷特性由传统的刚性,纯消费性向柔性、生产与消费兼具型改变。
电网形态方面,传统电力系统是单向逐级输电为主,新型的包括交直流混联大电网、微电网、局部直流电网和可调节负荷的能源互联网。
运行特性的转变,传统电网是由“源随荷动”的实时平衡模式,大电网一体化控制模式。
新型电力系统是向“源网荷储”协同互动的非完全实时平衡模式,大电网与微电网协同控制模式转变。新型电力系统基本五大特征是清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动。
在新型电力系统下,电网运行逐渐呈现智能化、数字化的特点。发展“源网荷储一体化”运行急需“云大物移智链边”其中的云计算、大数据、电力物联网、边缘计算等技术手段,让电网系统配备拥有海量数据处理分析、高度智能化决策等能力的云端解决方案。从而实现各类能源资源整合、打通能源多环节间的壁垒,让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。
数字技术为新型电力系统建设带来诸多新可能:广泛互联互通、全局协同计算、全域在线透明、智能友好互动。因此,新型电力系统建设必然要求数字技术与能源技术深度融合、广泛应用,实现电网数字化转型。电网数字化转型与新型电力系统构建需要相互作用、相融并进,没有电网数字化转型就没有新型电力系统。
智慧“双碳”微电网场景进行数字孪生,有效实现源网荷储一体化管控。整体场景采用了轻量化建模的方式,重点围绕智慧园区电网联通中的源、网、荷、储四方面的设备和建筑进行建模还原。
采用轻量化重新建模的方式,支持 360 度观察虚拟园区内源网荷储每个环节的动态数据,通过自带交互,即可实现鼠标的旋转、平移、拉近拉远操作,同时也实现了触屏设备的单指旋转、双指缩放、三指平移操作不必再为跨平台的不同交互模式而烦恼。
还搭建过智慧电力可视化解决方案,以数字化为载体,依托数据共享优势,将专业横向融合,打破系统间的信息壁垒,把不同类型的分布式资源“聚沙成塔“,构建源网荷储一体化互动体系。实现从能源生产侧到应用侧的数据监测、数据融合、数据显示、设备维护联动管控,让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。
围绕电厂负荷监测、调节策略、执行考核与效果分析三个层级,部署一套具备自主调控、快速响应、科学研判的综合性、多功能、集约化智慧电力综合管控平台。
可视化大屏将碎片化、小规模、多类型的分布式电源(Distributed Generator, DG)、储能系统、柔性负荷等众多可调节资源进行聚合协调。从负荷预测、运行效果、调度优化、电网互动、策略配置、市场交易等维度出发,贯穿了发、输、变、配、用各个环节。深化电力需求侧管理,实现对分布式资源的实时采集与科学配置。同时为并网运行后,对大电网的调频、调峰、调压等做辅助支撑,缓解电网运行压力。
应用丰富的图表组件,选以分类、组合、排序等风格,简化数据浅显易懂,让分类施策取代粗放管理,让系统量化分析取代决策者主观判断,让决策者一眼望穿负荷特性,并在必要的时刻及时调整配网运行方式。在强化电厂的运行调控能力的同时,也提高了经济效益降低防范风险。
可视化大屏有效聚合可控负荷的模式,突破传统电力系统之间的界限,充分激发和释放用户侧灵活调节能力,通过市场化因素引导用户用电行为调整负荷曲线,促进能源供应效益最大化。过去离散刻板的静态数据在Hightopo可视化技术的加持下,充分激发了数字的活力,赋予动态的加载效果,更加利于揭示数据之间复杂关系。
同样也支持采用 3D 轻量化建模形式,将多种复杂的电力管理信息聚集在虚拟仿真环境下,结合专业分析预测模型,对运维设备、运行状态、控制系统进行实时动态采集与多角度并行分析,辅助决策者管理工作的颗粒度更精细、响应更敏捷、行为更智能。
新型电力系统发电侧重主体发生变化了,以后以光伏和风电等新能源发电为主,这样就会从原来集中式电源模式变成“集中和分布式”共同发展的模式。同时由于光伏和风电具有波动性、间歇性和随机性的特点,所以储能在新型电力系统的运作中就变得尤为重要。所以新型电力系统就是要建立“源网荷储”的运作模式,也就是电源、电网、负荷、储能各环节协调互动,实现安全稳定的运行。
可视化把不同类型的分布式资源“聚沙成塔“,构建源网荷储一体化互动体系。实现从能源生产侧到应用侧的数据监测、数据融合、数据显示、设备维护联动管控,让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。
8月中旬,美国加州经历了19年来首次滚动停电。加州独立系统运营商发出警告, 由于电网吃紧,需要采取分区滚动式停电模式来防止电网崩溃。 消息一出,引发关注。正值美国大选之际,这一话题瞬间被政治化。据媒体报道,停电事件中,超过100万人失去了电力供应。
目前的初步原因汇总显示:停电是多种概率事件同时发生造成的,其中包括天然气机组的宕机;高温天气跨区联络线过热限流,部分老化线路容量不足;风电场宕机等等。系统调度与监管机构对于系统是否购置了足够充足的备用仍旧存在认定上的争论。
上一次加州下令滚动停电是在2001年能源危机期间。 从1月到5月,发生多次停电,其中一次影响150多万客户,其原因是能源短缺和能源批发商操纵市场合力发挥作用的结果。
加州州长纽森(Gavin Newsom)强调,加州电力短缺是“不可接受的”。他将电力短缺归因于加州从污染性的天然气过渡到太阳能、风力发电等“清洁”能源的结果,因为太阳下山之后或无风时,无法发电。他承诺释出更多能源,也将对电力短缺进行全面调查。纽森表示, 由于过去几天创纪录的高温,用电需求大增, 曝露 出可再生能源的不足。
光伏发电出力特性会给电网安全稳定运行造成巨大影响。截至2019年年底,美国加州光伏发电的装机容量为2740万千瓦,占美国光伏发电总装机容量比例约36%,居全美第一。光伏发电量通常情况下占加州总发电量的比例约为20%。
在高比例光伏发电接入的情况下,加州净负荷曲线为“鸭型”曲线,即负荷曲线在中午前后到达低点,在15时之后开始上升,负荷曲线峰谷差大,这为加州电力调度带来困难。
为此, 加州一直非常重视需求响应发展,通过相关激励手段调动负荷侧灵活资源积极性,以解决电力供需矛盾。 然而,此次罕见热浪袭击加州,加之疫情影响,居民大多居家,空调负荷等温度调节负荷激增,大大激化了原有的电力供需矛盾。
本次加州轮流停电事件一方面说明, 光伏发电、风电等电源出力具有波动性、反调峰性,对电网安全稳定运行造成的威胁不可忽视 。高比例新能源发电接入的情形下,亟须开展电力电子化电力系统稳定性基础分析、电力电子化电源的宽频带振荡特性等基础理论研究,完善电力系统稳定计算标准体系,突破海量超电磁暂态仿真技术瓶颈,提高电网仿真分析能力,支撑深度认知电网特性。
另一方面,本次加州轮流停电事件中,高比例光伏发电接入、罕见高温、疫情居家等多因素交织,充分表明在电网安全运行中,考虑单一因素具有一定的局限性,多种情景叠加则进一步考验电网供电能力。 电网企业需在规划、运行、营销乃至应急等环节充分考虑综合因素,确保供电可靠。
随着分布式电源、储能系统、新能源 汽车 等领域相关技术不断发展, 负荷侧灵活资源有着极大的开发利用空间 。我国经过多年摸索,在负荷侧灵活资源利用上取得了显著成效。据相关研究,我国负荷侧灵活资源超过2亿千瓦,通过相关政策、机制挖掘这些资源价值,意义重大。
电力服务具有普惠特点,涉及民生问题。本次加州轮流停电事件中,电力供需紧张在电力及上游能源市场上造成了一系列连锁影响。 电价快速上涨加重了防疫期间居民、企业的经济负担,对经济 社会 发展造成巨大影响。
反观国内,在防控新冠肺炎疫情期间,电网企业主动担当,坚决执行国家降低电价政策,有力支撑“六稳”“六保”目标实现,充分体现出我国的制度优势。可见,我国电网 健康 发展需要坚持制度自信,发挥“六个力量”,为经济 社会 发展和民生改善提供有力保障。
行业主要上市公司:目前国内新能源行业的上市公司主要有隆基绿能(601012)、晶澳科技(002459)、金风科技(002202)、三峡能源(600905)、晶科科技(601778)、长江电力(600900)和中国中车(601766)等。
本文核心内容:新能源行业市场规模、新能源行业发展现状、新能源行业竞争格局、新能源行业发展前景及趋势。
行业概况
1、定义
新能源又称非常规能源,一般指在新技术基础上,可系统地开发利用的可再生能源,包含了传统能源之外的各种能源形式。一般地说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源,而新能源则通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。新能源主要包括水能、太阳能、风能、生物质能、地热能等。
根据国家统计局制定的《国民经济行业分类(GB/T
4754-2017)》,新能源行业被归入电力、热力生产和供应业(国统局代码D44)中的电力生产(D441),包含的统计4级代码有D4413(水力发电)、D4415(风力发电)、D4416(太阳能发电)、D4417(生物质能发电)、D4418(其他电力生产)。
2、产业链剖析
新能源行业上游产业主要包括太阳能、光伏、水能和风能等新能源及可再生能源发电设备制造商,以及太阳能、光伏、水能和风能等新能源及可再生能源的组件及零部件制造商。其中:新能源发电设备制造主要包括太阳能发电设备和风力发电机组、可再生能源发电设备等,目前这一领域领先的上市企业有特变电工(600089)、迈为股份(300751)和中国中车(601766)等组件及零部件制造主要包括电力和光伏组件、太阳电池芯片、太阳电池组件、太阳能供电电源、光伏设备及元器件制造等。目前这一领域领先的上市企业有晶澳科技(002459)、天合光能(688599)和通威股份(600438)等。
新能源行业中游作为整条产业链的重要环节,主要包含氢能、光伏发电、风电和水电等能源供应商该领域目前的代表上市企业有隆基绿能(601012)、金风科技(002202)、三峡能源(600905)和长江电力(600900)等
新能源行业的下游产业主要包括新能源汽车、加氢站、充电桩和输变电等公共及个人应用领域。目前在新能源汽车行业,主要上市公司有比亚迪(002594)、上汽集团(600104)、广汽集团(601238)、东风汽车(600006)和北汽蓝谷(600773)等加氢站行业上市公司主要有蓝科高新(601798)、上海电气(601727)和美锦能源(000723)等电动汽车充电桩行业主要上市公司有特锐德(300001)、国电南瑞(600406)和万马股份(002276)等输变电行业上市公司主要有长缆科技(002897)、金杯电工(002553)和平高电气(600312)等。
我国新能源行业具体产业链布局如下图:
行业发展历程:行业处在突飞猛进阶段
新能源行业在促进社会经济可持续发展方面发挥了重要作用,根据我国“十五”规划至“十四五”规划期间,国家对新能源行业的支持政策经历了从“加快技术进步和机制创新”到“因地制宜,多元发展”再到“加快壮大新能源产业成为新的发展方向”的变化。
“十五”计划(2001-2005年)时期,国家层面提出加快技术进步和机制创新,推动新能源和可再生能源产业迅速发展从“十一五”规划(2006-2010年)开始,规划提出按照“因地制宜,多元发展”的原则,在继续加快小型水电和农网建设的同时,大力发展适宜村镇、农户使用的风电、生物质能、太阳能等可再生能源“十二五”(2011-2015年)时期,国家层面提出以风能、太阳能、生物质能利用为重点,大力发展可再生能源至“十三五”期间(2016-2020年),合理把握新能源发展节奏,着力消化存量,优化发展增量,新建大型基地或项目应提前落实市场空间到“十四五”时期,根据《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》,国家在新能源的开发利用模式、加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统、完善新能源项目建设管理、保障新能源发展用地用海需求和财政金融手段支持新能源发展等方面,对我国新能源行业的发展做出了全面指引。
行业政策背景:政策加持,行业发展迅速
近年来,国务院、国家发改委、国家能源局等多部门都陆续印发了支持、规范新能源行业的发展政策,内容涉及新能源行业的发展技术路线、产地建设规范、安全运行规范、能源发展机制和标杆上网电价等内容,2014-2022年6月,我国新能源行业重点政策及政策解读汇总如下:
注:查询时间截至2022年6月20日,下同。
行业发展现状
1、新能源发电装机容量逐年上升
2017-2021年新能源发电装机容量呈逐年上升趋势。2021年,我国新能源发电装机容量达到11.2亿千瓦,占总发电装机容量的47.10%。其中,水电装机3.91亿千瓦(其中抽水蓄能0.36亿千瓦)、风电装机3.28亿千瓦、光伏发电装机3.06亿千瓦、核能发电装机0.55亿千瓦、生物质发电装机0.38亿千瓦。
2、新能源发电量稳步增长
2017-2021年新能源发电量稳步增长,2021年,全国新能源发电量达2.89万亿千瓦时,较2020年增长11.63%,其中,水电13401亿千瓦时,同比下降1.1%风电6526亿千瓦时,同比增长40.5%光伏发电3259亿千瓦时,同比增长25.1%生物质发电1637亿千瓦时,同比增长23.6%。
3、新能源消费量分析
根据《bp世界能源统计年鉴》(2021)数据显示,2016-2020年,中国新能源消费量呈逐年上升的趋势,从2016年的16.2艾焦增长到2020年的23.18艾焦,复合年增长率达到9.37%。前瞻根据中国新能源行业发展态势初步核算得到,2021年中国新能源行业消费量约为25艾焦。
4、新能源行业消纳情况分析
2022年1月,全国新能源消纳监测预警中心发布2021年12月全国新能源并网消纳情况,其中风电利用率达到100%的省市有北京、天津、上海、江苏、浙江、安徽、福建、湖北、重庆、四川、西藏、广东、广西和海南光伏利用率达到100%的省市有北京、上海、江苏、浙江、安徽、福建、湖北、重庆、四川、广东、广西、海南、江西和湖南。
5、新能源发电占总发电比重逐年递增
根据中国电力企业联合会公布的数据显示,2017-2020年中国新能源发电占总发电比重呈逐年上升的趋势。2020年,中国新能源发电占总发电比重为34.9%,比2017年增长了5.3个百分点2021年,中国新能源发电占总发电比重达到35.6%,同比提高0.7个百分点。
行业竞争格局
因目前新能源行业可量化指标较多,故行业竞争格局中的区域竞争部分仅以:各省份可再生能源电力消纳占全社会用电量的比重进行比较企业竞争格局以:2021年各光伏企业光伏组件出货量2021年各风力发电企业新增装机容量和累计装机容量进行对比2020年各水力发电企业水电装机总量及水电发电量进行对比。
1、区域竞争:青海、四川和云南位列新能源行业第一竞争梯队
根据2021年6月国家能源局发布的《2020年度全国可再生能源电力发展监测评价报告》,30个省(区、市)中,可再生能源电力消纳占全社会用电量的比重超过80%以上的3个,分别为青海、四川和云南40-80%的6个,分别为甘肃、重庆、湖南、广西、湖北和贵州20-40%的10个,分别为上海、广东、吉林、宁夏、江西、陕西、黑龙江、新疆、河南和内蒙古小于20%的11个,分别为浙江、福建、山西、安徽、辽宁、江苏、北京、海南、天津、河北和山东。
注:截至2022年6月22日,国家能源局尚未发布2021年全国可再生能源电力发展监测评价报告。
2、企业竞争格局分析
(1)光伏行业竞争格局
根据PV-Tech发布的《2021年全球组件供应商top10》,以光伏组件出货量来看,2021年光伏组件出货量前十名厂商中,中国企业包揽八席,隆基绿能、天合光能、晶澳科技依次位居2021年组件出货量全球排名前三,光伏组件出货量分别为38.52GW、24.80GW和24.069GW。据PV-Tech介绍,2021年全球光伏行业实现跨越式发展,光伏行业整体产能和出货量均超过190GW前十大组件供应商出货量超过160吉瓦,市场份额超过90%。
(2)风力发电行业竞争格局
中国可再生能源学会风能专业委员会发布的《2021年中国风电吊装容量统计简报》数据显示,新增装机容量方面,2021年中国风电市场有新增装机的整机制造企业共17家,新增装机容量5592万千瓦,排名前5家市场份额合计为69.3%,排名前10家市场份额合计为95.1%累计装机容量方面,2021年前5家整机制造企业累计装机市场份额合计达为57.3%,前10家整机制造企业累计装机市场份额合计达到81.8%其中,金风科技累计装机容量超过8000万千瓦,占国内市场的23.4%远景能源和明阳智能累计装机容量均超过3000万千瓦,占比分别为11.1%和9.6%。
(3)水力发电行业竞争格局
因存在严格的行政准入门槛、资金门槛和技术门槛等,目前,我国水电行业运营企业的数量不多,主要大型集团包括:长江电力、华能集团、华电集团、大唐集团、国家电投和国家能源等。根据企业的公开数据以及国家统计局数据计算,2020年按在水电装机总容量分析,长江电力的市场份额达12.32%,其余五大集团的市占率均在5-7.5%之间。按照水电发电量分析,长江电力的市场份额达16.75%,其余五大集团的市占率均在5.5-8.5%之间。
注:截至2022年6月22日,除大唐集团外的其他五大能源集团均为公布2021年社会责任报告,故此处仅以2020年数据为例,对我国水电行业市场竞争格局进行分析。
行业发展前景及趋势预测
1、“十四五”时期保障新能源发展用地用海需求,财政金融手段支持新能源发展
近年来,我国以风电、光伏发电为代表的新能源发展成效显著,装机规模稳居全球首位,发电量占比稳步提升,成本快速下降,已基本进入平价无补贴发展的新阶段。同时,新能源开发利用仍存在电力系统对大规模高比例新能源接网和消纳的适应性不足、土地资源约束明显等制约因素。2022年5月14日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》(以下简称“《实施方案》”)《实施方案》在新能源的开发利用模式、加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统、完善新能源项目建设管理、保障新能源发展用地用海需求和财政金融手段支持新能源发展等方面做出了全面指引:
《实施方案》坚持统筹新能源开发和利用,坚持分布式和集中式并举,突出模式和制度创新,在四个方面提出了新能源开发利用的举措,推动全民参与和共享发展:
传统电力系统是以化石能源为主来打造规划设计理念和调度运行规则等。实现碳达峰碳中和,必须加快构建新型电力系统,适应新能源比例持续提高的要求,在规划理念革新、硬件设施配置、运行方式变革、体制机制创新上做系统性安排:
鉴于新能源项目点多面广、单体规模小、建设周期短等,《实施方案》立足新能源项目建设的规模化、市场化发展需求,继续深化“放管服”改革,重点在简化管理程序、提升服务水平上:
经过多年发展,我国已经形成了较为完善并具有一定优势的新能源产业链体系。新形势下,我国新能源产业必须强化创新驱动,统筹发展与安全,促进形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。为此,《实施方案》从提升技术创新能力、保障产业链供应链安全、提高国际化水平等方面支持引导新能源产业健康有序发展:
与传统能源相比,新能源能量密度较低,占地面积大。随着新能源规模快速扩大,土地资源已经成为影响新能源发展的重要因素。《实施方案》进一步强化新能源发展用地用海保障,通过明确用地管理政策、规范税费征收、提高空间资源利用率、推广生态修复类新能源项目等措施,推动解决制约新能源行业发展的用地困境:
“十四五”风光等主要新能源已实现平价无补贴上网,财政政策支持的方向和模式需要与时俱进,金融支持政策力度需要加大,进一步发挥财政、金融政策的作用。《实施方案》提出三方面政策举措:
2、“十四五”新能源行业发展趋势:基础设施建设能力显著提高,向国际一流水平迈进
作为绿色低碳能源,新能源是我国多轮驱动能源供应体系的重要组成部分,对于改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化、实现经济社会可持续发展具有重要意义。
国家能源局新能源和可再生能源司司长李创军表示,在“十三五”的基础上,“十四五”期间可再生能源年均装机规模还将有大幅度的提升,到“十四五”末可再生能源的发电装机占我国电力总装机的比例将超过50%,据此,前瞻初步预测至2025年末,我国新能源装机容量可达到17亿千瓦,至2027年末,我国新能源装机容量或将达到21亿千瓦。
随着新能源装机量的稳步增长,预计至2027年我国光伏、风能、水能、火电等新能源发电量也将随之进一步高增,前瞻根据近年来我国新能源发电量以及新能源行业发展趋势初步预测至2025年末,我国新能源发电量可达到4.28万亿千瓦时,至2027年末,新能源发电量或将突破5.20万亿千瓦时。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国新能源行业发展前景与投资战略规划分析报告》。
综述:新型电力系统是以新能源为供给主体、以确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标,以坚强智能电网为枢纽平台,以源网荷储互动与多能互补为支撑,具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。
新型电力系统特征:
安全可控,新能源具备主动支撑能力,分布式、微电网可观可测可控在控,大电网规模合理、结构坚强,构建安全防御体系,增强系统韧性、弹性和自愈能力。
灵活高效,发电侧、负荷侧调节能力强,电网侧资源配置能力强,实现各类能源互通互济、灵活转换,提升整体效率。
智能友好,高度数字化、智慧化、网络化,实现对海量分散发供用对象的智能协调控制,实现源网荷储各要素友好协同。
在电源环节提高电源灵活性,在电网环节扩大电网范围,在负荷环节实施需求侧响应、增加用电需求,是实现我国新能源高比例消纳的三大重要途径。
建议:
一、统筹新能源与消纳市场。建议统筹新能源与消纳市场,统筹新能源与其他电源,统筹电源与电网,实现电力系统整体统一规划。
二、加强调峰电源管理。合理控制供热机组和自备电厂发展规模,明确自备电厂参与系统调峰的相关要求。
一、新型电力系统的新特征
新型电力系统在电源侧有新结构、负荷侧有新形态,其实现电力电量平衡面临更多挑战。
(1)电源侧新结构:清洁低碳电源成为电力电量供应主体,可控性降低。
研究发现,到2060年中国新能源发电量占总发电量比例预计提高到90%以上,风光发电的随机波动特性使电力系统可控性降低,电力电量平衡由单侧随机问题向双向随机问题转变。
(2)负荷侧新形态:
负荷侧新形态指的是电网峰谷差增大。大量分布式光伏接入将显著改变电网负荷曲线的整体形态,峰谷差显著增大,电网负荷曲线形态由“双峰驼形”转变为“内凹鸭形”。
图1 .负荷侧新形态转变(“双峰驼形”—“内凹鸭形”)
在电源侧结构和负荷新形态共同影响下,电力电量极易出现不平衡情况,造成“高峰供应紧张、低谷消纳困难”,可能引发大面积停电或大规模弃风弃光,威胁供电安全并造成巨大经济损失。
二、解决新型电力系统电力电量平衡问题的方法
解决新型电力系统电力电量平衡问题的难点本质在于“源随荷动”的传统调控方式难以适应新能源发电的高比例接入。
(1)加强用户侧需求响应
需求响应指电力需求侧资源面临系统安全威胁或电力价格变化等情况时作出响应。为实现电力系统电力电量平衡,可推动需求侧负荷从被动管理到主动响应转变,唤醒海量、灵活、分散且难观、难测、难控的灵活性“沉睡”资源。可考虑从制定合理政策机制,实施可行技术手段,提出经济高效方案三方面调动用户参与的积极性来实现。
(2)运营市场化虚拟电厂
虚拟电厂是实现源荷互动的功能主体,利用先进的通信、量测、控制技术和软件系统,实现对分布式电源、储能、可控负荷、电动汽车等的集群聚合与优化控制,使其作为一个整体参与电力市场交易和电网调度运行。虚拟电厂在功能作用、技术性能、经济成本、环境效益各维度均优于传统发电机组,是支撑电力系统碳中和的关键技术。
1、针对冷热电联供“以热定电”导致的弃风问题,提出了电动汽车与地源热泵协同促进风电消纳的区域战略。综合能源系统经济调度方法,首先在源侧引入地源热泵,通过协调电源和热源的输出,实现热电联产机组的热电解耦,改善风电并网接入空间;然后,考虑电动汽车在负荷侧的可调度价值,采用激励需求响应引导充电负荷有序转移风电并网消纳;最后,以调度周期内运行成本最小为目标,建立源负荷协同区域综合能源系统优化调度模型,优化软件CPLEX用于解决它。
2、仿真结果表明,地源热泵的使用可以有效降低弃风、需求响应、调峰填谷效应结果表明,在源负荷协同作用下,系统在风电消纳能力和运行效率方面更具优势,供电可靠性更高。电动汽车与地源热泵协同推进风电消纳优化调度。一边,源侧引入新的热源(即地源热泵),改善系统调度灵活性,通过解耦峰值热耗,CCHP“以热决定功率”运行限制和改善风电并网接入空间;另一方面,考虑电动汽车对于灵活负荷的可调度值,采用激励需求响应(IDR)引导充电负荷有序转移,助力风电并网消纳。
3、以调度周期内系统运行成本最小为目标建立源负荷协调优化调度模型,综合考虑能量转换特性和机组运行通过对地源热泵和IDR优化结果的分析,可以看出线路约束、需求响应约束等源热泵的供热效率远高于传统供热机组容量配置可有效降低弃风率和系统运行成本;IDR的实施需要兼顾La和用户双方的利益,提高效率补偿价格 Δ DP,系统除气率和运行成本下降越明显,但受La调节能力的限制,其效果比加装地源热泵要弱团体。需要注意的是,系统将在IDR实施后的调度时段达到高峰。颗粒填充效果更明显,供电可靠性更高。