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我國西南地區(qū)水風(fēng)光等資源豐富，經(jīng)過20多年水電開發(fā)，已形成世界上規(guī)模最大的水電系統(tǒng)；近10年來，風(fēng)光新能源也快速發(fā)展。在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，未來新能源必將超過水電成為西南地區(qū)占主導(dǎo)地位的電源。在新型電力系統(tǒng)中，為了保證發(fā)用電的實(shí)時(shí)平衡，要求電力系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的靈活調(diào)控和快速響應(yīng)的“柔性”能力。但是由于新能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性等“不確定性”特點(diǎn)，在大規(guī)模新能源并網(wǎng)后，對(duì)電力系統(tǒng)“柔性”能力的要求必然會(huì)與新能源“不確定性”特點(diǎn)相沖突。因此，未來在水電資源豐富的新型電力系統(tǒng)中，如何充分發(fā)揮風(fēng)光水火等各異質(zhì)能源系統(tǒng)自身固有的優(yōu)勢(shì)和特性，在多種能源系統(tǒng)之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)多種能源優(yōu)勢(shì)協(xié)調(diào)互補(bǔ)，是我國西南地區(qū)向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中需要思考并解決的現(xiàn)實(shí)問題。

一、西南地區(qū)多能源協(xié)同互補(bǔ)面臨的現(xiàn)實(shí)困難

一是以云南為代表的西南地區(qū)在綠色能源發(fā)展過程中，風(fēng)電、光伏和小水電普遍存在“小、散、多、廣”特點(diǎn)，這些電源普遍位于電網(wǎng)末端，需要逐級(jí)耦合打包送出。由于外送通道不足和薄弱，導(dǎo)致局部窩電嚴(yán)重，消納困難。

二是西南地區(qū)復(fù)雜多變的地理、氣候特征，使得各個(gè)地區(qū)的水風(fēng)光發(fā)電特性復(fù)雜多變，嚴(yán)重依賴于氣象預(yù)報(bào)、微地理特征的徑流、風(fēng)、光精確預(yù)測(cè)，隨著新能源規(guī)模和比例不斷提升，新能源預(yù)測(cè)不準(zhǔn)、掌控能力不足帶來的負(fù)荷巨大波動(dòng)，增加了發(fā)電計(jì)劃制定和執(zhí)行的難度，也給電網(wǎng)的安全運(yùn)行控制帶來很大困難。

二、新型電力系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同互補(bǔ)的關(guān)鍵技術(shù)

風(fēng)光水火能源特點(diǎn)既涉及氣象水文條件而具有強(qiáng)烈的混沌特性，又包含多類能源的能電轉(zhuǎn)換而具有復(fù)雜的范式，導(dǎo)致多種能源協(xié)同互補(bǔ)及靈活調(diào)節(jié)困難重重。如何在不確定條件下，合理利用可調(diào)節(jié)水電及火電等可控電源在不同時(shí)間尺度下的調(diào)節(jié)能力，與高不確定性間歇式能源形成協(xié)同互補(bǔ)及靈活調(diào)節(jié)，是有效化解新型電力系統(tǒng)中清潔能源消納及運(yùn)行的關(guān)鍵。

筆者認(rèn)為應(yīng)以“增靈活、促消納”為技術(shù)主線，從“互補(bǔ)調(diào)度、實(shí)時(shí)控制、靈活規(guī)劃、市場(chǎng)策略”四個(gè)方面來增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。通過“互補(bǔ)調(diào)度、實(shí)時(shí)控制”充分挖掘系統(tǒng)存量靈活性資源，通過“靈活規(guī)劃”優(yōu)化電源布局和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從根本上增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性，通過“市場(chǎng)策略”進(jìn)一步拓展消納空間，從而最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)光水火多能源協(xié)同互補(bǔ)，有效化解清潔能源消納及運(yùn)行難題。

1、建立多類型電源的耦合分區(qū)，開展分區(qū)發(fā)電特性分析，實(shí)現(xiàn)多類型電源耦合建模與靈活性提高技術(shù)。

首先要把風(fēng)光水火等多能源進(jìn)行分區(qū)。在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和歷史運(yùn)行場(chǎng)景基礎(chǔ)上，可用聚類的方法，分析多能源的耦合分區(qū)原則。

其次以分區(qū)結(jié)果為基礎(chǔ)，研究耦合分區(qū)不同時(shí)間尺度下的出力特性，提出一套完備的指標(biāo)體系，可從隨機(jī)性、波動(dòng)性、可靠性和相關(guān)/互補(bǔ)性四個(gè)方面，描述分區(qū)在不同時(shí)間尺度下的發(fā)電特性。

最后結(jié)合耦合分區(qū)和新能源發(fā)電預(yù)測(cè)結(jié)果，考慮潛在的新能源波動(dòng)和靈活性機(jī)組的剩余容量，分析得到元件級(jí)靈活性。綜合考慮電網(wǎng)備用容量、斷面?zhèn)鬏斎萘康纫蛩睾?，評(píng)估區(qū)域級(jí)靈活性資源的供給和需求情況，建立面向多時(shí)間尺度、多空間分布的系統(tǒng)運(yùn)行靈活性供需評(píng)估指標(biāo)體系，并給出發(fā)電靈活互補(bǔ)建議。

2、研究多時(shí)間尺度的多級(jí)協(xié)調(diào)控制策略，建立多能源互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制架構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)多種能源協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行。

首先要建立不同于目前確定性調(diào)度的基于概率的日內(nèi)調(diào)度模式，通過一定置信下的區(qū)間預(yù)測(cè)來表征新能源發(fā)電出力的不確定性，根據(jù)新能源場(chǎng)站出力預(yù)測(cè)區(qū)間進(jìn)行調(diào)度決策，并將新能源允許出力區(qū)間下發(fā)至各新能源場(chǎng)站。

然后結(jié)合超短期預(yù)測(cè)信息和計(jì)劃信息，基于源荷-斷面功率的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)靈敏度，分析電網(wǎng)未來5分鐘的發(fā)電態(tài)勢(shì)，在線評(píng)估電網(wǎng)的實(shí)際調(diào)度需求。

最后以全網(wǎng)總發(fā)電成本最小為目標(biāo)，滿足全網(wǎng)安全約束，形成網(wǎng)省地分級(jí)協(xié)同的最優(yōu)潮流優(yōu)化調(diào)度方法，充分挖掘利用各級(jí)電網(wǎng)各類資源的有功和無功調(diào)節(jié)能力，消除線路擁塞，促進(jìn)高比例新能源的安全消納。

3、研究多能源電力系統(tǒng)規(guī)劃新方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)靈活規(guī)劃及多能源協(xié)同互補(bǔ)消納。

首先應(yīng)建立面向靈活性的多能源電力系統(tǒng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從電源靈活性與網(wǎng)架靈活性兩方面，分別研究匯聚節(jié)點(diǎn)靈活性指標(biāo)、區(qū)域級(jí)靈活性指標(biāo)以及系統(tǒng)級(jí)靈活性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多能源電力系統(tǒng)多層級(jí)、多維度靈活性指標(biāo)評(píng)估。

其次研究消納多種能源的靈活性規(guī)劃及輔助決策技術(shù)，構(gòu)建考慮靈活性指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的多目標(biāo)電力系統(tǒng)規(guī)劃模型，確定電源、網(wǎng)架的選址定容方案。同時(shí)要研究規(guī)劃方案的輔助決策技術(shù)，確定可行的規(guī)劃方案中的最優(yōu)解。

最后形成與運(yùn)行協(xié)同的多能源電力系統(tǒng)靈活協(xié)調(diào)規(guī)劃技術(shù)，以靈活性和新能源消納率為目標(biāo)，進(jìn)行新建電源與新建線路、變電站的最優(yōu)投產(chǎn)時(shí)序優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)靈活性與消納率最優(yōu)的同時(shí)，還要保證各區(qū)域級(jí)系統(tǒng)之間的潮流流動(dòng)，防止線路阻塞情況的發(fā)生。

4、研究促進(jìn)新能源消納的市場(chǎng)化策略，通過市場(chǎng)手段提高可再生能源的消納。

通過建立中長(zhǎng)期交易+現(xiàn)貨交易+輔助服務(wù)的市場(chǎng)體系，促進(jìn)可再生能源消納。其中，中長(zhǎng)期采用差價(jià)合約確保靈活性資源在現(xiàn)貨市場(chǎng)能夠充分優(yōu)化調(diào)配；現(xiàn)貨全電量集中優(yōu)化，調(diào)用所有靈活性資源，保障清潔能源消納，形成能夠反映電能時(shí)空價(jià)值的分時(shí)節(jié)點(diǎn)電價(jià)，更精準(zhǔn)地引導(dǎo)用戶在清潔能源消納困難的時(shí)候多用電，提升可再生能源消納空間；輔助服務(wù)市場(chǎng)通過與現(xiàn)貨市場(chǎng)聯(lián)合出清，形成輔助服務(wù)價(jià)格信號(hào)，激發(fā)發(fā)電側(cè)及用戶側(cè)的靈活性資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

三、總結(jié)與展望

“雙碳”目標(biāo)下的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)必然要求電網(wǎng)能夠接納越來越多的新能源，而新能源的“不確定”與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的“靈活性”需求之間存在天然的不可調(diào)和的矛盾。因此，新能源與現(xiàn)有各種能源之間的協(xié)同互補(bǔ)，使能源整體呈現(xiàn)出一定的可控性，是提升新能源消納的切實(shí)可行辦法。筆者提出的思路更多還是體現(xiàn)在各種能源的電氣層面，然而隨著電制氣裝置、熱儲(chǔ)能裝置、氣儲(chǔ)能裝置等在電網(wǎng)中的大量裝備及使用，其他柔性異質(zhì)能源系統(tǒng)，如天然氣系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等，不可避免地與電力系統(tǒng)緊密耦合在一起。如何充分發(fā)揮各異質(zhì)能源系統(tǒng)自身固有的優(yōu)勢(shì)和特性，在異質(zhì)能源系統(tǒng)之間取長(zhǎng)補(bǔ)短實(shí)現(xiàn)多能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)而形成能源生產(chǎn)多元化、能源輸送多樣化、能源消費(fèi)多類化的清潔高效能源系統(tǒng)，將是我們研究的一個(gè)方向。

黃偉 陳汝昌 李秀峰

(作者黃偉為云南電網(wǎng)公司系統(tǒng)部副總工程師；陳汝昌為云南電網(wǎng)公司系統(tǒng)部副總工程師；李秀峰為云南電網(wǎng)公司系統(tǒng)部副總工程師)

原標(biāo)題：風(fēng)光水火多能源協(xié)同化解清潔能源消納及運(yùn)行難題