新型電力系統(tǒng)中水電的作用及發(fā)展規(guī)劃研究

新型電力系統(tǒng)中水電的作用及發(fā)展規(guī)劃研究摘要：目前，新能源只能提供電量替代，容量支撐能力不足。隨著新能源發(fā)電占比提高，電力系統(tǒng)存在的眾多制約性技術(shù)問題亟待解決。如系統(tǒng)在延續(xù)交直流串/并聯(lián)特征的同時(shí)，由于源~網(wǎng)~荷~儲(chǔ)各環(huán)節(jié)高度電力電子化，將呈現(xiàn)低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、寬頻域振蕩等新的動(dòng)態(tài)特征，系統(tǒng)功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定等問題更加復(fù)雜?；趥鹘y(tǒng)同步發(fā)電機(jī)為主體的系統(tǒng)運(yùn)行控制理論與技術(shù)，難以滿足新型電力系統(tǒng)安全運(yùn)行要求。系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)理論、分析方法、控制技術(shù)亟需全面變革與突破?；诖?，本篇文章對新型電力系統(tǒng)中水電的作用及發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行研究，以供參考。關(guān)鍵詞：新型電力系統(tǒng)；水電；作用；發(fā)展規(guī)劃引言中國電力系統(tǒng)的最終發(fā)展方向是零碳電力能源徹底替代排碳電力能源。因此，解決各階段“零碳電力滿足率”和電力系統(tǒng)“實(shí)時(shí)平衡、穩(wěn)定運(yùn)行”的兩大難題，就能解決全社會(huì)零碳能源利用難題。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵，但新型電力系統(tǒng)的建設(shè)在初期會(huì)對現(xiàn)有的調(diào)度實(shí)時(shí)運(yùn)行模式造成許多影響，諸如新能源裝機(jī)比例提高造成的調(diào)峰資源相對不足、調(diào)節(jié)靈活性差，眾多的分布式新能源加大了水電部門的管理難度，新的市場規(guī)則對水電人員的執(zhí)行提出了更高的要求，新型電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行困難的問題頻頻出現(xiàn)。1電力發(fā)展一是人均用電水平將進(jìn)一步提高。中國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過程，與中國全面建成小康社會(huì)之后、到2035年初步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、再到2050年建成富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的進(jìn)程處于相同歷史時(shí)期。在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的引領(lǐng)下，低碳化與電氣化互為促進(jìn)，電氣化水平將持續(xù)提高。二是積極推進(jìn)支撐新能源發(fā)展的新業(yè)態(tài)發(fā)展。主要體現(xiàn)在將會(huì)有更多適合于不同大用戶、群體用戶（園區(qū)、大型公共設(shè)施、村鎮(zhèn)等）的綜合能源服務(wù)、分布式能源、微電網(wǎng)等繼續(xù)推進(jìn)，縣域范圍的光伏或新能源發(fā)展呈多種模式，電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)各種新型儲(chǔ)能模式以及電動(dòng)汽車充、換電網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)交互融合模式不斷創(chuàng)新，新能源制氫或者生產(chǎn)其他能源二次利用模式持續(xù)探索，以火電廠尤其燃煤電廠為核心的電能、熱能及多種能源（包括制氫、儲(chǔ)能、摻燒生物質(zhì)等）互補(bǔ)，并與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（綜合利用、活性污染焚燒）綜合集成，碳市場與電力市場、用能權(quán)、綠證交易市場等融合推進(jìn)。三是持續(xù)推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。在電源方面，對水電站進(jìn)行系統(tǒng)性分析，尋找具備條件的水電站進(jìn)行提高蓄能能力的改造，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力；加大儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)、工業(yè)試驗(yàn)、商業(yè)模式創(chuàng)新；加大煤電靈活性改造；加大新一代核電技術(shù)應(yīng)用，加快小型堆技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用；充分利用發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)資源，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；積極開展碳移除及CCUS技術(shù)儲(chǔ)備。在電網(wǎng)方面，加強(qiáng)研究電力系統(tǒng)的重構(gòu)，提高電網(wǎng)的智能化和柔性、韌性；加大通訊網(wǎng)、電網(wǎng)、交通網(wǎng)的融合，提高電力供需耦合；加大電網(wǎng)與分布式微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)技術(shù)及運(yùn)行技術(shù)研究；加大防范新的重大能源電力安全風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)的研究。2新型電力系統(tǒng)規(guī)劃新問題（1）源-荷不確定性加劇。在電源側(cè)波動(dòng)性和用戶側(cè)含源負(fù)荷隨機(jī)性的共同作用下，不確定性將廣泛存在新一代力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，如何對源-荷不確定性準(zhǔn)確建模，并建立能夠體現(xiàn)多樣運(yùn)行場景的電源出力預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測方法是支撐新型電力系統(tǒng)規(guī)劃的前提。（2）碳水平評(píng)估。傳統(tǒng)規(guī)劃方法中電源規(guī)劃是在滿足電力平衡的前提下以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)；電網(wǎng)規(guī)劃則是在滿足一定的穩(wěn)定性或可靠性要求下，提高方案經(jīng)濟(jì)性。碳交易環(huán)境下的新型電力系統(tǒng)規(guī)劃除需考慮可靠性和經(jīng)濟(jì)性外，還應(yīng)將碳水平計(jì)入評(píng)估體系，其模型的評(píng)估決策實(shí)質(zhì)是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、可靠指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)的三方博弈。如何將碳水平評(píng)估問題與電力系統(tǒng)規(guī)劃決策問題相結(jié)合，建立低碳評(píng)價(jià)體系是支撐新型電力系統(tǒng)規(guī)劃面臨的重要問題。（3）多主體協(xié)同規(guī)劃。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃一般是電源規(guī)劃、輸電網(wǎng)規(guī)劃、配電網(wǎng)規(guī)劃分別進(jìn)行。而新型電力系統(tǒng)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)均具備靈活多變的運(yùn)行策略，且參與電量平衡的利益主體更多。僅考慮某一環(huán)節(jié)的規(guī)劃思路已無法適應(yīng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)的互動(dòng)深度，需要考慮包括儲(chǔ)能在內(nèi)的多主體協(xié)同規(guī)劃理論。3水電在新型電力系統(tǒng)中的作用分析在未來電力系統(tǒng)中，常規(guī)水電既要提供基礎(chǔ)電量，又要發(fā)揮容量功能，是集一、二次能源于一體且具有長周期儲(chǔ)能特性的蓄能電站。抽水蓄能電站立足于規(guī)模占比最高的儲(chǔ)能資源，定位于服務(wù)新能源快速發(fā)展，是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的支撐性電源之一。其新的重要作用體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是增強(qiáng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。抽水蓄能電站啟停靈活、調(diào)節(jié)速度快、跟蹤負(fù)荷能力強(qiáng)，是目前大規(guī)模最具靈活性的電源，在系統(tǒng)中可以充分發(fā)揮調(diào)峰填谷、調(diào)頻、快速跟蹤負(fù)荷、事故備用、無功調(diào)節(jié)等作用，提高系統(tǒng)供電質(zhì)量。二是發(fā)揮儲(chǔ)能作用。與新能源聯(lián)合協(xié)調(diào)運(yùn)行，顯著提高新能源資源利用率，有效緩解棄風(fēng)、棄光。與核電配合運(yùn)行，保障穩(wěn)定運(yùn)行，提高其運(yùn)行效益、安全性和經(jīng)濟(jì)性。通過削峰填谷，減小系統(tǒng)火電調(diào)峰幅度，改善煤電機(jī)組運(yùn)行條件，降低系統(tǒng)燃料消耗與運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。三是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。作為負(fù)荷中心區(qū)域或電力輸送的支撐電源，增強(qiáng)電力系統(tǒng)應(yīng)對事故的能力，保障電力系統(tǒng)安全可靠和穩(wěn)定運(yùn)行；提供物理轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提升系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力。抽水蓄能電站可在無外界幫助的情況下使電力系統(tǒng)在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電能力。4展望分析1）新型電力系統(tǒng)是以風(fēng)電、光伏發(fā)電為主要構(gòu)成的電力系統(tǒng)，由于新的主力電源具有波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，必然給電力系統(tǒng)所必需的“實(shí)時(shí)平衡、穩(wěn)定運(yùn)行”要求帶來前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。2）解決新型電力系統(tǒng)“實(shí)時(shí)平衡、穩(wěn)定運(yùn)行”需要大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、5G以上通訊網(wǎng)絡(luò)、超級(jí)計(jì)算、智能電力系統(tǒng)、超大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)等技術(shù)的支撐，其中儲(chǔ)能是最具基礎(chǔ)性的。3）從當(dāng)前技術(shù)水平來看，有研究價(jià)值的儲(chǔ)能技術(shù)只有具備“技術(shù)具可行性、經(jīng)濟(jì)可市場化、前景可規(guī)?；比呒婢叩某樗钅?、化學(xué)儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能共三種儲(chǔ)能形式。4）真正能夠廣泛應(yīng)用的是化學(xué)電池儲(chǔ)能、抽水蓄能兩種儲(chǔ)能形式和抽水蓄能電站、化學(xué)電池儲(chǔ)能電站、換電站三種應(yīng)用場景。5）面對“實(shí)時(shí)平衡、穩(wěn)定運(yùn)行”中供需實(shí)時(shí)平衡的問題，應(yīng)該以抽水蓄能電站、化學(xué)儲(chǔ)能電站、換電站、風(fēng)光冗余裝機(jī)四方面組合的解決方案為主，其他儲(chǔ)能和調(diào)節(jié)措施為輔。結(jié)束語目前國內(nèi)外針對新一代電力系統(tǒng)低碳規(guī)劃問題的研究仍處于起步階段，需要進(jìn)一步的完善和發(fā)展。本文從源-荷不確定性加劇、碳水平評(píng)估、多主體協(xié)同規(guī)劃，水電在新型電力系統(tǒng)中的作用幾個(gè)方面對新型電力系統(tǒng)規(guī)劃新問題進(jìn)行了分析，探索出合理有效的解決思路，通過對新型電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)模型與流程框架，以及支撐新型電力系統(tǒng)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究成果的研究，以期為低碳發(fā)展目標(biāo)下的電網(wǎng)規(guī)劃決策研究提供參考。參考文獻(xiàn)[1]司大軍.“新型電力系統(tǒng)下新能源與大負(fù)荷特性與控制”特約專欄寄語[J].云南電力技術(shù),2020,49(04):1.[2]劉俊鵬.考慮凈負(fù)荷矩不確定性的新型電力系統(tǒng)分布魯棒優(yōu)化調(diào)度[D].長沙理工大學(xué),2020.