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勘云科技|新型电力系统的“双高”“双随机”难题怎么破?
举报2021-05-10 09:14:52 来源:能源评论·首席能源观

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2020年9月22日,习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论的讲话指出:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”在“双碳”目标要求下,绿色低碳与高质高效发展将成为我国经济社会发展的重要原则。


不久前,国家能源局也首次对新型电力系统进行了解读。国家能源局电力司司长黄学农表示,构建新型电力系统的核心是新能源成为电力供应的主体,要通过装备技术和体制机制创新,推动多种能源方式互联互济、源网荷储深度融合,来实现清洁低碳、安全可靠、智慧灵活、经济高效等目标。


清洁化是核心要求


“双碳”目标下,我国可再生能源机组容量与非化石能源消费占比需保持10%和5%以上的年均增速。无论从生产与消费量级、需求增长趋势还是能源结构看,能源电力的清洁化转型都是推动我国经济社会绿色高质量发展、落实“双碳”目标的核心要求。


从供给侧清洁化转型角度看,要求推动各级能源网络协调互联互通,优化能源系统网络格局,支撑可再生能源大规模、跨省跨区传输消纳以及分布式可再生能源的规模化经济利用,改善能源生产和供应模式,提升可再生能源在生产端的结构占比,加速供给侧清洁化转型。


从需求侧清洁化转型角度看,要求在满足用户能源消费需求的基础上,推动传统的能源消费理念向“能源+服务”的综合消费理念过渡,发掘需求侧消纳绿色电力、节能增效管理以及购买绿色证书等多样化需求,充分发挥和调动需求侧消纳可再生能源的潜力与积极性,提升可再生能源在消费端的结构占比,加速需求侧清洁化转型。


随着供需双侧清洁化进程推进,电力系统中风、光接入比例将显著增加,系统将呈现“双高”与“双随机”特点。


双高,即高比例可再生能源接入与高比例电力电子设备应用。“双碳”目标要求下,未来10年我国年均新增风、光发电装机容量需不少于7500万千瓦。相应的,伴随可再生能源的发展,大量风电、光伏电力电子变换器将接入电网,例如直驱式风电机组变流器、光伏电站和分布式光伏逆变器等。


双随机,即供给侧随机性和需求侧随机性。传统电力系统可通过调整发电机组出力满足需求侧随机波动的负荷需求,呈现供应侧可控、需求侧随机的特征。随着波动性和间歇性的风能和光伏发电为主的可再生能源在电源结构中占的比持续增长,供应侧也将出现随机波动的特性,能源电力系统将由传统的需求侧单侧随机系统向双侧随机系统演进。


双高、双随机特点使得电力系统的随机扰动性、对网络信息系统的依赖性明显增强,系统可控性降低,安全风险进一步增加。鉴于此,必须加速构建适应“双碳”目标要求的新型电力系统,而数字技术将成为助力新型电力系统建设的关键。


数字技术推动多能互补


未来,新兴数字技术将深入渗透、影响新型电力系统建设,其中,推动横向的多能互补应用是重要体现。


数字技术“赋能”新型电力系统精准规划。新型电力系统作为连接供需两侧的核心枢纽,可依托数字技术开放、包容等特点,一方面,通过对能源电力系统中各类能源生产设备、转换设备、管网系统等全工况感知,构建多设备全工况运行模型;另一方面,依托集成的海量多源异构数据,对多元用户开展精准画像,掌握多元用户用能特征。以设备全工况模型为约束、供需特征为依据、供需平衡为前提,挖掘多能互补协同与需求侧资源优化调控潜力,实现稳健投资与精准规划。


数字技术“赋能”新型电力系统高效运营。在广泛采集与集成用户用能数据、气象数据、宏观经济数据、多能源市场交易数据基础上,利用关联规则挖掘、机器学习等技术,通过对海量数据的分析与发掘,准确掌握包括用能种类、用能倾向、用能弹性等多元用户用能特性,揭示多元用能负荷转移、负荷削减以及异质能负荷转换潜力,围绕“两高三低”目标(用能效率提高、供能可靠性提高,用户用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低),发挥电、热、水、气多种异质能之间的协调联动特性,从系统层面推动新型电力系统综合化能效提升,实现绿色低碳、高质高效运营。


数字技术“赋能”新型电力系统体制创新。借鉴平台经济与共享经济思维,以区块链等信息技术为支撑,创新去中心化的新机制、新模式与新业态,破除传统能源系统单一中心化运营管理模式,打通系统中各节点、各主体间的服务流、信息流、资金流,推动实现能源系统优化运行分散决策、大网与分布式微能网双向互动、分布式节点协同自治及实时自主交易,同时鼓励创新绿色能源认证、绿色货币、绿色证书等清洁能源新型商业模式,为新型电力系统中新能源的规模化和有序发展提供重要保障。


数字技术协调源网荷储


在数字技术对新型电力系统的作用中,推动纵向的源网荷储协调发展同样重要。


数字技术助力生产环节变革。


一方面,数字技术将推动能源领域的技术框架和信息通信领域的技术体系融合,创新清洁能源出力波动性平抑与追踪、需求侧消费不确定性改善与平抑的技术方案,有效支撑集中式清洁能源大规模、远距离传输以及分布式清洁能源的规模化、经济化利用;另一方面,工业互联网、数字服务等新技术、新业态的发展将不断催生全新市场主体,这些主体带来的业务领域、产品类别、供应方式变革将推动能源生产和供应模式发生根本性改变,全方位提升以风电、光伏为代表的新能源在生产端的占比。


数字技术助力输配环节变革。


推广“云大物移智链”等数字技术在能源电力系统各环节的应用,建设以能源物联网为基础的新型电力系统,在实现对系统运行状态全面感知与实时监测的基础上,促进能源信息的流动与共享,充分发掘能源大数据作为新时期重要生产要素的潜在价值,开展综合能效分析和多环节协调管控优化,通过智能化的能源服务管理系统从供需两端切入,动态调整系统运行策略,改善系统运行状态,为新型电力系统运行效率提升提供重要支撑。


数字技术助力消费环节变革。


数字技术的应用将赋予用户更广泛的消费选择权,随着“云大物移智链”等信息技术在新型电力系统的应用,可以实现信息的即时化接收和处理,一方面,各类市场主体将为用户提供丰富多样的综合服务,新业态、新模式不断涌现,传统的“物理能源”消费理念将逐步过渡到“能源、信息、服务”综合消费理念,催生出更加丰富多元的能源消费类型;另一方面,用户依托智能表计等智能化终端设备可实现对自身能效水平的即时感知,辅助用户进行用能决策,为消费行为优化及系统整体效率提升提供支撑。


 

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