新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與氣候條件密切相關(guān)，近年頻發(fā)的極端天氣使精確的氣候變化預(yù)測(cè)能力成為電力系統(tǒng)剛需。

6月12日，在由國(guó)網(wǎng)四川省電力公司、四川省電力行業(yè)協(xié)會(huì)、四川省電機(jī)工程學(xué)會(huì)指導(dǎo)，清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院與天府永興實(shí)驗(yàn)室新型電力系統(tǒng)研究中心聯(lián)合主辦的“興隆湖能源電力高峰對(duì)話——極端氣象條件下新型電力系統(tǒng)構(gòu)建”專題論壇上，業(yè)內(nèi)專家圍繞如何在科學(xué)有序?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標(biāo)背景下增強(qiáng)電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端氣象條件的能力展開探討，為電力安全保供把脈問(wèn)診。

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新型電力系統(tǒng)對(duì)氣象極度敏感

“去年夏天，四川遭遇了歷史同期最極端高溫、最少降雨量、最大電力負(fù)荷的‘三最’疊加局面，全省電力系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。”四川省能源局副局長(zhǎng)林挺介紹，“三最”疊加給四川省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響，同時(shí)暴露了以可再生能源為主的電力系統(tǒng)在極端氣溫條件下的諸多短板。“要進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)觀念，加快新型系統(tǒng)電力建設(shè)，增強(qiáng)供電保障能力。”

中國(guó)科學(xué)院院士周孝信采用情景分析法研判了2020-2060年中長(zhǎng)期能源電力發(fā)展趨勢(shì)，并探討了我國(guó)未來(lái)能源電力系統(tǒng)發(fā)展前景。他指出，根據(jù)非化石能源電力按照發(fā)電煤耗法計(jì)算，2035年我國(guó)非化石能源發(fā)電量占比將達(dá)52.9%，2060年達(dá)93.5%。“2035年電源裝機(jī)情況較均勻，風(fēng)電裝機(jī)約8億千瓦，煤電11億千瓦，核電1.4億千瓦；電力情況也比較均勻，煤電發(fā)電量占比超1/3。2035年，非化石能源消費(fèi)比重在2030年達(dá)到25%的基礎(chǔ)上進(jìn)一步大幅提升，可再生能源成為主體電源。”

不論從發(fā)電、輸電還是用電來(lái)看，新型電力系統(tǒng)的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)都與天氣、氣候密切相關(guān)。“從發(fā)電端看，傳統(tǒng)能源和可再生能源對(duì)天氣變化高度敏感。從輸電環(huán)節(jié)看，輸電線路對(duì)災(zāi)害性天氣高度敏感，極端高溫和持續(xù)性高溫對(duì)用電負(fù)荷影響巨大。”中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能中心科學(xué)主任申彥波坦言。

針對(duì)2023年汛期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)，申彥波分析：“從氣象情況分析，全國(guó)不同地區(qū)今年汛期可能經(jīng)歷的主要?dú)庀鬄?zāi)害不盡相同。東北、華北主要以暴雨洪澇為主，長(zhǎng)江中下游區(qū)域以高溫、氣象干旱為主，海南地區(qū)臺(tái)風(fēng)為主，云南要注意地質(zhì)災(zāi)害，新疆要注意高溫影響。長(zhǎng)江中游地區(qū)，包括四川東部今年可能會(huì)發(fā)生階段性干旱，有中等及以上氣象干旱風(fēng)險(xiǎn)。”

突破性靈活調(diào)節(jié)手段依然欠缺

中國(guó)電科院首席技術(shù)專家惠東認(rèn)為，未來(lái)新能源將逐漸從裝機(jī)主體變?yōu)殡娏恐黧w，再變?yōu)槌隽χ黧w。“這就需要考慮電網(wǎng)傳統(tǒng)慣量受到制約后，電力系統(tǒng)是否還能承載更多新能源，承載是否達(dá)到飽和。以現(xiàn)有電網(wǎng)技術(shù)看，新能源滲透率無(wú)法超過(guò)50%。”對(duì)此，有業(yè)內(nèi)專家指出，新型電力系統(tǒng)的保供矛盾本質(zhì)針對(duì)的是新能源在各時(shí)間尺度上的波動(dòng)與靈活性調(diào)節(jié)能力匹配之間的問(wèn)題。

“保安全、促消納涉及從秒級(jí)到更長(zhǎng)時(shí)間尺度的跨越。”惠東進(jìn)一步分析，現(xiàn)有任何一種靈活性手段都無(wú)法達(dá)到“四兩撥千斤”的效果。“一度電就是一度電，目前的靈活性調(diào)節(jié)資源如火電、氣電等還存在較大缺口；抽蓄調(diào)節(jié)速度較快，但布局不盡合理。此外，電力市場(chǎng)和需求側(cè)響應(yīng)之間的調(diào)度有待進(jìn)一步激活。”

不同靈活性調(diào)節(jié)資源的爬坡能力、啟停時(shí)間、額定續(xù)航能力、慣量支撐和電壓支撐能力都不同。“經(jīng)過(guò)改造的火電機(jī)組具有電壓支撐能力和慣量支撐能力，但爬坡響應(yīng)能力和額定續(xù)航能力不足。電化學(xué)儲(chǔ)能響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，但只能定位在日內(nèi)調(diào)節(jié)資源，很難做到長(zhǎng)期調(diào)節(jié)。”從調(diào)節(jié)成本看，惠東分析，改造后的火電機(jī)組調(diào)節(jié)度電成本大約在0.05元到0.12元，抽蓄調(diào)節(jié)成本大約度電0.25元，電化學(xué)儲(chǔ)能在有市場(chǎng)、有價(jià)格時(shí)運(yùn)行利用率較高，如參與調(diào)頻市場(chǎng)。“但在新能源配置儲(chǔ)能的情況下其利用非常低，一年不足50-80次，有的場(chǎng)站一年都用不了一兩次，經(jīng)濟(jì)性比較差。”

在清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院常務(wù)副院長(zhǎng)魯宗相看來(lái)，在極端氣候條件下，新型電力系統(tǒng)首先要解決的是電源問(wèn)題。“比如在多日無(wú)風(fēng)無(wú)光、無(wú)法依靠新能源發(fā)電時(shí)，如何保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定？即使有了充足電源，也需充分合理利用。如果所有用戶全都在中午12點(diǎn)用電，那么即使發(fā)再多電也不夠用。因此，如何優(yōu)化運(yùn)行并調(diào)配用戶參與到電力系統(tǒng)中，同時(shí)做到預(yù)先預(yù)判、籌措足夠多的資源，對(duì)新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定供電尤為重要。”

綜合能源智能系統(tǒng)是破題方向

業(yè)內(nèi)認(rèn)為，從未來(lái)電力系統(tǒng)所需的技術(shù)層面看，儲(chǔ)能是必選路徑。但對(duì)于突發(fā)性急迫性的電力供應(yīng)問(wèn)題，由于目前長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)還沒(méi)有較成熟的解決方案，其所能發(fā)揮的作用較為有限。

“2030年以后，電力系統(tǒng)需要解決三天、五天甚至周級(jí)極熱高峰時(shí)段的供應(yīng)能力，所以要布局長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能。”惠東建議，2030年以后應(yīng)深化新能源場(chǎng)站+儲(chǔ)能的構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)。“新能源波動(dòng)性是遍布全時(shí)間尺度的，需要多類型的儲(chǔ)能彌補(bǔ)，所以多元儲(chǔ)能融合是一種技術(shù)路線。”

為應(yīng)對(duì)未來(lái)電力系統(tǒng)靈活性和韌性方面的挑戰(zhàn)，周孝信提出一種融合煤電機(jī)組碳捕集、可再生能源電解水制氫、甲烷/甲醇合成、新型燃?xì)獍l(fā)電等技術(shù)的設(shè)想——綜合能源生產(chǎn)單元（簡(jiǎn)稱IEPU）。他指出，綜合能源生產(chǎn)單元作為煤電機(jī)組低碳、無(wú)碳轉(zhuǎn)型路徑方案的一種選擇，既可生產(chǎn)電和各種近綠色燃料，又能以高靈活性調(diào)節(jié)能力支撐高比例可再生能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。常規(guī)化生產(chǎn)便于運(yùn)輸儲(chǔ)存的甲烷甲醇等綠色燃料可成為新型電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)中長(zhǎng)周期能源電力供需平衡的儲(chǔ)能介質(zhì)，達(dá)到“西能東輸”的遠(yuǎn)景目標(biāo)。

“相比常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)能力，IEPU虛擬機(jī)組的調(diào)節(jié)能力范圍可以是常規(guī)機(jī)組的70%到183%。”周孝信舉例，“在極端天氣情況下，比如一周內(nèi)前半周是正常天氣，后三天是極端天氣，這時(shí)可以通過(guò)IEPU儲(chǔ)存前半周的剩余能量，利用氫氣、甲烷等發(fā)電。極端天氣下風(fēng)光發(fā)電大幅減弱期間，IEPU發(fā)揮的就是長(zhǎng)周期儲(chǔ)能作用。”

“運(yùn)用大中型城市虛擬電廠的管理平臺(tái)，以及分布式電源集成的智慧能源管理裝備，對(duì)未來(lái)含有極端天氣保電背景的電網(wǎng)運(yùn)行和規(guī)劃而言，是行之有效的技術(shù)解決方案。在擴(kuò)展電源方面，可以考慮在用戶周邊建設(shè)分布式資源的電廠。”魯宗相建議，新型電力系統(tǒng)一定要融入氣象體系，形成服務(wù)電力行業(yè)特征的電力氣象技術(shù)體系。

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