中國電器工業(yè)協(xié)會近日發(fā)布的報告顯示，預(yù)計到2030年，煤電裝機(jī)將達(dá)11.74億千瓦，占比達(dá)30.9%，發(fā)電量4.54萬億千瓦時，占比達(dá)42%;新能源裝機(jī)將達(dá)17億千瓦，占比達(dá)44.71%，發(fā)電量2.92萬億千瓦時，占比升至27%。到2060年，我國新能源裝機(jī)將達(dá)59億千瓦，發(fā)電量占比超60%，煤電占比僅約7%。那么，大規(guī)模新能源并網(wǎng)給現(xiàn)有電力系統(tǒng)帶來什么影響?電力規(guī)劃工作如何與構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)相匹配?保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是什么?電網(wǎng)彈性研究的重點又是什么?圍繞這些問題，記者近日采訪了西安交通大學(xué)副校長、電氣工程學(xué)院院長別朝紅。
電力系統(tǒng)“三高雙峰”特征漸顯
中國能源報：隨著新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模日益增大，給電力系統(tǒng)帶來哪些挑戰(zhàn)?
別朝紅：新型電力系統(tǒng)具有高比例新能源接入、高比例電力電子設(shè)備接入、發(fā)電和用能高自由度，以及夏季、冬季雙用電高峰的“三高雙峰”特征，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了新挑戰(zhàn)。
具體體現(xiàn)在：以不確定性電源為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)靈活性需求增加，但隨著傳統(tǒng)電源被替代，常規(guī)靈活性資源減少，靈活調(diào)節(jié)能力不足，致使電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行受到威脅;間歇性可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)，電網(wǎng)轉(zhuǎn)動慣量下降，使得電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題日益突出;隨著大量自動化信息化設(shè)備及電力電子裝置融入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式趨于復(fù)雜，運(yùn)行風(fēng)險增大;新能源的低抗擾性存在大規(guī)模脫網(wǎng)風(fēng)險，引發(fā)連鎖反應(yīng)后，將進(jìn)一步惡化事故后果，尤其是極端事件造成的安全風(fēng)險將更加突出。
中國能源報：保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是什么?
別朝紅：保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵包括多個方面：要加強(qiáng)儲能規(guī)模化布局與應(yīng)用，推動抽水蓄能多元化發(fā)展，推進(jìn)源網(wǎng)荷各側(cè)新型儲能多應(yīng)用場景發(fā)展，推動新型儲能與電力系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行;要建設(shè)智慧化電力系統(tǒng)運(yùn)行體系和適應(yīng)新能源發(fā)展的新型調(diào)度運(yùn)行體系，并推動電網(wǎng)智能升級，打造新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建能源數(shù)字經(jīng)濟(jì)平臺;要推動新型電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，完善源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，推動電力市場相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺，加強(qiáng)電力安全領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研究，切實保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力可靠供應(yīng)。
此外，還要積極發(fā)展數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等新興技術(shù)，提升新型電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行決策的效率和準(zhǔn)確性。
電力規(guī)劃工作面臨諸多挑戰(zhàn)
中國能源報：新型電力系統(tǒng)給電力規(guī)劃工作帶來哪些新挑戰(zhàn)?合理規(guī)劃新能源與電力發(fā)展需要注意什么?
別朝紅：新型電力系統(tǒng)規(guī)劃主要面臨以下挑戰(zhàn)：
新型電力系統(tǒng)不確定性廣泛存在于各環(huán)節(jié)，供需由總量平衡向資源時空均衡轉(zhuǎn)化，這種本質(zhì)特征的變化導(dǎo)致規(guī)劃的內(nèi)在機(jī)理和外在邊界難以刻畫。同時，現(xiàn)有以充裕度為核心的確定性規(guī)劃難以應(yīng)對供需平衡特征的變化，亟需開展新型電力系統(tǒng)特征變化對規(guī)劃的影響機(jī)理研究。
在不確定性電源的主導(dǎo)下，電力系統(tǒng)運(yùn)行特性更加復(fù)雜多變，規(guī)劃與運(yùn)行的耦合更加緊密，需在規(guī)劃中對系統(tǒng)安全運(yùn)行約束進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫。因此，現(xiàn)有基于典型常規(guī)場景的電力規(guī)劃方法不再適用，亟需突破不確定性電源主導(dǎo)下的安全約束構(gòu)建及高效的求解方法。
極端事件頻發(fā)給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來的影響不容忽視，新型電力系統(tǒng)規(guī)劃需充分考慮極端場景的影響，但極端場景與常規(guī)場景的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性存在天然矛盾，難以兼顧。在這種情況下，傳統(tǒng)僅針對常規(guī)運(yùn)行場景的電力規(guī)劃方法不再適用，需兼顧常規(guī)場景與極端場景，開展動態(tài)適應(yīng)性規(guī)劃技術(shù)研究。
合理規(guī)劃是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的先決條件和基石。因此，從規(guī)劃階段就考慮彈性提升開展新型電力系統(tǒng)規(guī)劃，以智能化手段，從影響機(jī)理、建模求解、評估決策等方面開展理論探索與方法創(chuàng)新，從源網(wǎng)荷儲多角度、全方位為電力系統(tǒng)提供應(yīng)對擾動事件的必要資源，從而從源頭保障新型電力系統(tǒng)安全。
電力彈性研究日益重要
中國能源報：您長期從事電力系統(tǒng)彈性基礎(chǔ)理論研究與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作，國內(nèi)外開展了哪些相關(guān)工作?
別朝紅：電力系統(tǒng)彈性指的是對極端事件的預(yù)防、抵御及快速恢復(fù)負(fù)荷的能力。現(xiàn)代社會對電力供應(yīng)的依存度越來越高，然而近年來臺風(fēng)、暴雨、極寒、高溫等極端事件頻發(fā)，給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此電力系統(tǒng)彈性得到社會各界的廣泛關(guān)注。
目前，國內(nèi)在彈性電力系統(tǒng)內(nèi)涵、彈性評估手段、配電網(wǎng)層面的彈性提升技術(shù)等方面取得了一系列成果。學(xué)術(shù)界針對電力系統(tǒng)彈性概念和內(nèi)涵、防災(zāi)應(yīng)急資源優(yōu)化決策、配網(wǎng)故障恢復(fù)等方面開展了大量研究;工業(yè)界成立了電力系統(tǒng)非常規(guī)狀態(tài)研究中心等專門機(jī)構(gòu)，構(gòu)建了保障核心區(qū)域及關(guān)鍵用戶在極端自然災(zāi)害下不停電、少停電的保底電網(wǎng)，探索建設(shè)了能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下的多元融合高彈性電網(wǎng)，并從極端天氣建模、彈性評估、云計算事故推演、柔性負(fù)荷調(diào)控、優(yōu)化恢復(fù)策略、全景信息可視化等方面開展了項目研究與示范應(yīng)用。
中國能源報：哪些技術(shù)是未來電力彈性的研究重點?
別朝紅：目前電力彈性研究仍有很多問題待解，如未形成系統(tǒng)性的規(guī)劃、運(yùn)行理論與技術(shù)成果，以及理論與實踐結(jié)合不緊密等。未來既需研究能源轉(zhuǎn)型與電力系統(tǒng)彈性提升的電源結(jié)構(gòu)與布局優(yōu)化，也需深入探究配網(wǎng)柔性互聯(lián)與用戶側(cè)資源挖掘、彈性電力系統(tǒng)與能源市場融合及與多基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)協(xié)作等問題。需開展的技術(shù)攻關(guān)主要包括：電力系統(tǒng)最大風(fēng)險和薄弱環(huán)節(jié)辨識技術(shù);關(guān)鍵節(jié)點加固、應(yīng)急響應(yīng)和快速恢復(fù)技術(shù);彈性電力系統(tǒng)與數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等新興技術(shù)的結(jié)合;電力信息物理融合系統(tǒng)彈性提升技術(shù)等。
微電網(wǎng)發(fā)展前景廣闊
中國能源報：您主持制定了微電網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)“微網(wǎng)規(guī)劃及設(shè)計導(dǎo)則”，微電網(wǎng)在我國的發(fā)展前景如何?面臨的主要挑戰(zhàn)是什么?
別朝紅：微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能及負(fù)荷等構(gòu)成的一種新型發(fā)配電力系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲資源高效利用，提升電力系統(tǒng)的靈活性與經(jīng)濟(jì)性，對新型電力系統(tǒng)發(fā)展具有重要的支撐作用。微電網(wǎng)具備提高可再生能源滲透率、新能源發(fā)電設(shè)備協(xié)同管理與集群優(yōu)化、需求側(cè)管理及主動響應(yīng)和提升極端事件下負(fù)荷恢復(fù)能力等技術(shù)優(yōu)勢，能適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求，具有廣闊的發(fā)展前景。
微電網(wǎng)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)包括：規(guī)劃面臨多種能源發(fā)電不確定性的挑戰(zhàn);自動發(fā)電、智能控制和最優(yōu)運(yùn)行等新技術(shù)仍有較大不足，難以滿足用戶需求;作為相對獨立的單元，微電網(wǎng)集成各類分布式能源的能力有限，在極端事件下的暫態(tài)電壓穩(wěn)定能力及長時間孤島運(yùn)行能力不足。
為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，一方面，需加強(qiáng)微電網(wǎng)與電力、能源市場融合，完善彈性提升及微電網(wǎng)參與供電服務(wù)的激勵與補(bǔ)償機(jī)制;另一方面，可以發(fā)展多微電網(wǎng)互聯(lián)、動態(tài)邊界微電網(wǎng)、交直流微電網(wǎng)等技術(shù)，研究多微電網(wǎng)能量管理與源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)控制方法，提高其常規(guī)運(yùn)行下的靈活性、能源利用效率及極端事件下的彈性。（中國能源報 記者 蘇南 董梓童）
作者：蘇南 董梓童
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