新型電力系統(tǒng)中可再生能源接入策略

摘" 要：新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建促進了可再生能源的廣泛接入，但也帶來了電力系統(tǒng)運行方面的一些挑戰(zhàn)。可再生能源的波動性和間歇性對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，同時也增加了電力調(diào)度和負荷平衡的難度。電力傳輸和分配問題主要體現(xiàn)在可再生能源在不同地域的分布不均與電網(wǎng)基礎設施的適配性方面。此外，能源存儲技術和需求響應的局限性限制了可再生能源的高效利用。為應對這些挑戰(zhàn)，優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃、制定有效的調(diào)度策略、推動分布式發(fā)電與微電網(wǎng)的發(fā)展以及充分利用靈活性資源成為能源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。

關鍵詞：新型電力系統(tǒng)；可再生能源接入；電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

隨著全球能源轉(zhuǎn)型的深入，推動可再生能源接入新型電力系統(tǒng)已成為實現(xiàn)碳中和目標的重要舉措。然而，盡管可再生能源具有綠色環(huán)保的優(yōu)勢，其波動性和間歇性特征也給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性帶來了挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建不僅要求電力網(wǎng)絡具備更高的智能化和靈活性，同時需要解決電力調(diào)度、傳輸分配及能源存儲等方面的技術難題。因此，研究如何科學規(guī)劃電網(wǎng)、優(yōu)化調(diào)度策略、發(fā)展微電網(wǎng)并利用靈活性資源，已成為推動可再生能源高效接入電力系統(tǒng)的重要課題。

1.新型電力系統(tǒng)中可再生能源接入的挑戰(zhàn)

1.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題

在新型電力系統(tǒng)中，隨著可再生能源（如風能、太陽能）的接入，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題愈發(fā)突出。風能與光伏發(fā)電具有波動性與間歇性的特點，特別是當風速或者日照條件處于非平穩(wěn)狀態(tài)時，其發(fā)電量大幅波動將對電網(wǎng)頻率與電壓產(chǎn)生較大影響[1]。在電力系統(tǒng)中，火力發(fā)電、水力發(fā)電等常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力較強，能根據(jù)負荷的變化自動調(diào)整輸出功率以維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行。而可再生能源因具有間歇性而無法有效地實現(xiàn)即時調(diào)節(jié)，從而給電網(wǎng)頻率與電壓帶來新的影響。頻率波動、電壓不穩(wěn)等因素都會造成電力設備保護性停運甚至大面積停電，特別是可再生能源占比較大的電力系統(tǒng)，風電、光伏電源大規(guī)模并網(wǎng)很容易加重這一難題。為解決這一問題，很多研究都提出增強系統(tǒng)靈活性的解決方案，其中包括采用可調(diào)節(jié)負荷和快速響應的儲能系統(tǒng)和更智能的調(diào)度管理平臺等。另外，現(xiàn)代電力系統(tǒng)自適應控制與智能化調(diào)度技術仍處于發(fā)展過程中，目前存在一些技術瓶頸，比如，如何實現(xiàn)對不同氣候條件下、不同地區(qū)電網(wǎng)頻率、電壓等參數(shù)的精確控制，這些問題需要先進的算法與有效的計算平臺進行解決。

1.2電力調(diào)度與平衡問題

可再生能源接入增加了電力調(diào)度的復雜性。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)發(fā)電和負荷的均衡一般取決于調(diào)度員根據(jù)需求預測所做出的安排，然而，在利用可再生能源的環(huán)境下，風能、太陽能等不可預測性給電力調(diào)度帶來了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的負荷預測與發(fā)電計劃方法往往不能適應實際工作中電力需求的急劇變化，特別是當風力、光伏發(fā)電強、弱時，電網(wǎng)經(jīng)常發(fā)生負荷失配，造成電力系統(tǒng)失穩(wěn)。為解決這一難題，必須對原有電力調(diào)度系統(tǒng)進行升級，如利用人工智能與大數(shù)據(jù)分析技術提升電力需求與可再生能源發(fā)電量預測準確性，將實時氣象數(shù)據(jù)與歷史發(fā)電數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以一定程度減少使用風能、太陽能等帶來的不確定因素，從而提高調(diào)度效率。此方法雖然在技術上取得了進步，但調(diào)度平臺更新改造仍然面臨著較大的投入與實施困難，特別是區(qū)域電網(wǎng)與國家級電網(wǎng)，如何將不同電力市場與調(diào)度機制進行協(xié)調(diào)，以避免因市場不靈活而造成資源浪費或者供應不足仍然是需要解決的問題。

1.3電力傳輸與分配問題

可再生能源集中配置和用電需求中心不均衡配置的矛盾。我國風能與光伏發(fā)電多分布于“三北”地區(qū)，電力消費則以城市與工業(yè)園區(qū)為主，兩者距離不同增加了電力傳輸難度。既有輸電網(wǎng)絡一般都以傳統(tǒng)集中發(fā)電模式為基礎設計構(gòu)建而成，面對新增電力需求以及可再生能源接入比例較高等問題，既有電網(wǎng)傳輸能力與適應性均存在一定缺陷。現(xiàn)有電網(wǎng)輸電線路及變電設備與可再生能源接入電網(wǎng)比例較高時常過載，特別是長距離輸送可再生能源，電網(wǎng)損耗大、電力輸送效率較低。另外，電力網(wǎng)絡中分配系統(tǒng)通常不夠靈活，不能隨需求變化和發(fā)電量波動而迅速反應，比如風電、光伏電源波動大，高峰時段可能造成電網(wǎng)電力過剩、風力不足或者日照條件惡劣時電網(wǎng)可能缺電，這就需要電力分配系統(tǒng)更加智能化，可以對電力流動以及負荷分配進行實時調(diào)整，從而達到對可再生能源進行有效利用的目的。

1.4能源存儲技術與需求響應的局限性

能源存儲技術與需求響應機制，被認為是應對可再生能源波動性與不可調(diào)度性的重要途徑，但這兩種技術在使用過程中還面臨著一些局限性。鋰電池、氫能和電池儲能系統(tǒng)雖然對電力波動有一定緩解作用，但是存在成本高、規(guī)模限制及技術瓶頸等問題[2]。另外，儲能系統(tǒng)充放電效率及容量限制使其在應對長期電力波動時變得捉襟見肘。與此同時，需求響應這一靈活調(diào)整負荷的手段雖然在部分區(qū)域有所使用，但其推廣與效率仍受制于用戶參與程度不高、激勵機制不健全等問題。目前，多數(shù)居民及商業(yè)用戶還沒有完全參與到需求響應計劃中，特別是高峰時段如何高效地動員各用戶對調(diào)度需求做出靈活反應，仍是電力系統(tǒng)面臨的一個難題。

2.新型電力系統(tǒng)中可再生能源接入策略

2.1優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃

面對陜西電網(wǎng)可再生能源（特別是風能和太陽能）裝機容量持續(xù)增加的情況，傳統(tǒng)電網(wǎng)已無法高效應對能源供應的波動性和間歇性問題。根據(jù)2023年陜西省負荷曲線圖顯示，年度負荷在7月和8月達到高峰，最大負荷突破35000 MW，而最小負荷在2月至4月相對較低，僅為20000 MW左右，這種顯著的季節(jié)性差異對電網(wǎng)規(guī)劃提出了更高的要求。為應對挑戰(zhàn)，陜西電網(wǎng)在2023年通過優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和推進智能電網(wǎng)建設實現(xiàn)了顯著效果。智能電網(wǎng)以其強大的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集技術，能夠精準感知負荷變化并靈活調(diào)整電網(wǎng)調(diào)度。陜西電網(wǎng)還實施了重點跨區(qū)域輸電工程，例如從陜北風光基地向關中和華中地區(qū)輸電的特高壓線路建設，有效解決了區(qū)域間電力分配不均的問題。通過這些措施，陜北地區(qū)因風電和太陽能發(fā)電過剩而造成的棄風棄光現(xiàn)象得到了明顯緩解。此外，電網(wǎng)規(guī)劃還注重與分布式發(fā)電的結(jié)合，推動分布式可再生能源與集中式輸電網(wǎng)絡的協(xié)同發(fā)展。在負荷高峰期，跨區(qū)域輸電進一步保障了關中地區(qū)用電需求，避免了供電短缺的發(fā)生。這些優(yōu)化策略大幅提升了電網(wǎng)的靈活性和可靠性，使其更好地適應了可再生能源占比不斷提升的能源轉(zhuǎn)型趨勢。

2.2可再生能源調(diào)度策略

陜西電網(wǎng)2023年的調(diào)度策略重點在于提高可再生能源的利用效率和應對波動性挑戰(zhàn)。從2023年負荷分布柱狀圖可以看出，全年負荷主要集中在0.6到0.8的負荷率范圍內(nèi)，顯示了電力需求與供應的總體均衡[3]。然而在高峰期（如7月和8月），負荷水平超過0.85的時段顯著增加，調(diào)度難度加大。對此，電網(wǎng)引入了大數(shù)據(jù)分析技術，通過預測短期風速和光照條件，實現(xiàn)了更高的調(diào)度精度，比如，在7月的高溫期間，提前預測到負荷激增并實時調(diào)整發(fā)電策略，避免了因調(diào)度不及時引發(fā)的供電不足。此外，儲能技術作為核心調(diào)度資源發(fā)揮了關鍵作用。2025年，陜西將新增多座儲能電站，總?cè)萘砍^2000 MWh，在光伏發(fā)電量過剩的情況下儲存多余電能，并在負荷高峰時段釋放電能以滿足用電需求。與此同時，陜西還加大了對需求響應系統(tǒng)的投入，通過動態(tài)電價引導用戶調(diào)整用電行為，有效減少了峰值時段的用電壓力。這些策略的結(jié)合，使得陜西在夏季負荷高峰期保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，同時提高了可再生能源的消納能力。

2.3分布式發(fā)電與微電網(wǎng)發(fā)展

微電網(wǎng)，作為分布式電力生成的關鍵方式，可以通過本地化的能源管理和調(diào)度手段，極大地提升可再生能源的使用效率。微電網(wǎng)既可以和傳統(tǒng)電網(wǎng)并網(wǎng)，也可以在出現(xiàn)電力中斷的情況下獨立工作[4]。據(jù)《微電網(wǎng)發(fā)展報告》顯示，某地微電網(wǎng)系統(tǒng)可自主供電72小時以上，確保極端天氣情況下本地居民用電需求。發(fā)展微電網(wǎng)既可提高可再生能源利用效率，又可增強電力系統(tǒng)韌性。在某些區(qū)域，尤其是島嶼及偏遠地區(qū)，微電網(wǎng)可以降低對中心化電網(wǎng)的依賴性，增強用電可靠性及供應保障能力。開發(fā)分布式發(fā)電與微電網(wǎng)系統(tǒng)可以有效地解決高比例可再生能源并網(wǎng)過程中傳統(tǒng)電網(wǎng)的輸送與穩(wěn)定問題，也可以增強電力系統(tǒng)運行的靈活性與可靠性。

2.4靈活性資源的利用

靈活性資源在2023年陜西電網(wǎng)的運行中起到了不可或缺的作用，特別是在夏季負荷高峰期。從85%以上負荷水平的月份分布圖可見，高負荷時段集中在7月（29%）和8月（49%），顯示了對儲能技術和需求響應的強烈需求。在這一背景下，陜西電網(wǎng)加快了儲能技術的布局，新增儲能容量集中應用于負荷峰谷差調(diào)節(jié)[5]。比如，在7月和8月的高峰時段，儲能系統(tǒng)將白天多余的光伏發(fā)電量儲存起來，并在夜間用電需求高峰時釋放電能以緩解供需失衡。此外，電動汽車也被作為靈活性資源的重要組成部分加以利用。截至2023年底，陜西省電動汽車保有量已達52.8萬輛，若通過車網(wǎng)互動（V2G）技術在負荷高峰時反向向電網(wǎng)輸電，可進一步減輕電網(wǎng)壓力。需求響應系統(tǒng)方面，陜西通過動態(tài)電價政策和智能用電終端實時調(diào)整用戶用電行為，在高峰時段，工業(yè)用戶將部分生產(chǎn)任務調(diào)整至低谷時段完成，而居民用戶也在峰值電價下減少了不必要的用電。這些靈活性資源的有效利用，不僅提高了陜西電網(wǎng)的負荷調(diào)節(jié)能力，還顯著增強了電網(wǎng)應對可再生能源波動的能力，使電力系統(tǒng)更加高效、可靠和綠色。

3.結(jié)束語

新型電力系統(tǒng)中可再生能源的接入面臨著穩(wěn)定性、電力調(diào)度、傳輸與分配等挑戰(zhàn)，然而，隨著智能電網(wǎng)、儲能技術和靈活性資源的不斷發(fā)展，解決這些問題的路徑逐漸明晰。通過優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度策略、促進分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的應用以及有效利用靈活性資源，可為實現(xiàn)大規(guī)模可再生能源接入提供有效保障。未來，隨著技術的不斷創(chuàng)新與政策支持的加強，電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展將迎來更加廣闊的前景。

參考文獻：

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