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提升系统灵活性,寻求江苏可再生能源发展的最优路径

作者:中国储能网新闻中心 来源:南方能源观察 发布时间:2021-04-05 浏览:
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江苏,正在不遗余力地加快实现高比例可再生能源电力系统。如何在保持电力系统安全稳定运行的同时,提升可再生能源的装机和利用水平,是江苏面临的巨大挑战。

芬兰科技集团瓦锡兰(Wärtsilä)和中国电力规划设计总院(EPPEI)共同完成的电力系统建模显示,江苏能够从增加可再生能源装机以及提升电力系统的灵活性中受益,从而满足日益增长的电力需求和实现碳排放目标。

瓦锡兰发布的《中国江苏正迈向高可再生能源的未来》白皮书,详细说明了如何在保持系统稳定性和可靠性的同时,构建大规模可再生能源整合的最优途径。白皮书指出,灵活的电力平衡能力,如燃气内燃机(ICE)发电厂和储能技术的应用,对于可再生能源并网及电网的稳定可靠运行至关重要。

高比例可再生能源的挑战

作为能源消费大省,江苏正在迫切地调整能源结构和产业结构,以达成在全国率先实现“碳达峰”的目标。化石能源消费是江苏碳排放的主要来源,因此大力发展可再生能源、降低化石能源消费的比重是江苏实现“碳达峰”目标的关键所在。

目前江苏省内电力装机仍以煤电为主,但可再生能源装机的比重正在逐年提升,江苏同时也在积极引进区外清洁电力。

2018年底,江苏煤电装机7880万千瓦,占全省总装机的比重为62.3%,风电和光伏发电装机2190万千瓦,占比17.2%。而截至今年2月,江苏风电和光伏发电的装机已经达到3290万千瓦,占全省总装机的比例为23%。相比2018年,江苏可再生能源占全省电力总装机的比重提升了5.8%。

江苏可再生能源仍有巨大的开发潜力,国家发改委能源研究所的研究显示,江苏风电理论上最大开发容量为9500万千瓦(含海上风电2000万千瓦),光伏发电9000万千瓦。

根据国网江苏电力“十四五”规划,到2025年底,江苏风电装机将达到5200万千瓦、光伏发电装机将达到3800万千瓦,两者占全省发电总装机的比重接近50%。

除了发展省内可再生能源,江苏省也在提升区外清洁来电的比重,以满足自身能源需求。2020年夏季,江苏区外来电已经占到全省用电最高负荷的24%。

根据瓦锡兰发布的《中国江苏正迈向高可再生能源的未来》白皮书,其电力建模结果显示,在化石能源方面,由于江苏燃煤发电装机容量保持不变,这一比例将继续从2018年的高于60%下降到2030年的约20%-30%。燃气发电装机比例(包括非调峰燃气轮机、调峰燃气轮机和可调峰的灵活内燃机电站)则在不同情况下的差异很大。

在非化石能源方面,核电和抽水蓄能装机容量变化不大,风电和太阳能发电的装机容量将呈现显著的增长。与2018年的23.6%相比,基准场景下非化石能源装机容量比例达到30%,中等可再生能源场景下达到45%,高可再生能源场景下将达到56%。

根据白皮书,在高可再生能源场景下,碳排放将在2030年前达到峰值,碳排放强度将下降约45%,并将累计节约总成本近640亿元人民币。

大规模可再生能源并网以及区外清洁来电是江苏减少碳排放的重要手段,但也加剧了以煤电为主的电力系统的不稳定性。风电和光伏发电具有随机性、波动性和间歇性特征,大规模并网会导致电力系统转动惯量减少,影响电力系统的功率平衡和安全稳定性。同时,区外来电由于不参与深度调峰,使得江苏省内灵活性电源资源更为紧张。

上述白皮书指出,为满足省内用电需求,江苏省将重点发展燃气发电、储能、抽水蓄能和多种类型的可再生能源等。随着低碳发电转型进程的加快,大量可再生能源并网,不仅给江苏电网保障供电带来进一步压力,对全省电力系统运行的稳定性和可靠性也会构成一些挑战。

破解之道

有专家曾指出,为了应对高比例可再生能源并网带来的挑战,可再生能源将承担一部分负荷平衡的任务,传统机组不再独立满足负荷。

而满足可再生能源负荷平衡的关键在于提升电力系统的灵活调节能力。“灵活性电源对江苏电力系统非常重要。”瓦锡兰中国市场发展总经理周秦声表示,“江苏可调节性水电装机不多,在冬夏用电高峰电网峰谷差较大、需求波动剧烈及未来可再生能源出力越来越多时,灵活性电源尤其是燃气内燃机发电可以发挥重要作用。”

提升电力系统灵活性,是江苏大规模接入可再生能源的重要保障。

按照白皮书建议,未来对电力的需求以及对系统运行可靠性和稳定性的需要可以通过以下方式得到满足:在电力系统中建设和并入大规模可再生能源发电,以此来降低系统的成本,同时实现更加具有可持续性的能源生产;根据“减煤量”“等煤量”政策,提升燃煤电厂的灵活性;为可再生能源的并入和平衡,增加灵活的发电解决方案,包括高效的燃气内燃机电站和电池储能电站;增加所需的峰值容量,包括燃气内燃机电站、燃气轮机和电池储能电站等。

“没有足够的激励其实很难提升电力系统的灵活性。”周秦声认为,“现在很多省陆续出台了调峰调频市场交易规则,价格机制逐渐建立起来,市场运行机制能够体现灵活性电源的价值。”

为了提升灵活性电源参与辅助服务市场的积极性,江苏也在不断完善相关市场机制。江苏陆续印发了《江苏电力辅助服务(调峰)市场交易规则》《江苏电力辅助服务(调频)市场交易规则(试行)》,鼓励储能资源、大用户参与电力辅助服务市场。今年春节期间,江苏还进行了电力可调负荷辅助服务市场试运行,以挖掘用户侧调节负荷的潜力。

根据江苏电力装机特点,未来燃气发电将主要承担调峰作用。瓦锡兰发布的白皮书指出,在低、中、高可再生能源情况下,燃煤发电仍将是发电结构的主要组成部分,并将继续在保障基本负荷方面发挥着关键作用。当可再生能源比例增加时,燃气发电更多起到调峰作用,随着燃气发电从基荷和中期价值向调峰应用的转变,燃气发电的使用时间也将相应减少。

到2030年,燃煤发电机组的年利用小时数在高可再生能源情况下为4224小时,在中等可再生能源情况下为5215小时,在基准(低可再生能源)情况下为5995小时。燃气发电机组的利用小时数分别为641小时、817小时和1085小时。

对于煤电灵活性改造,周秦声认为,煤电的灵活性是有限的,频繁的启停会增加机组的运行成本。如果电力系统内有更灵活的电源,煤电只需作为基荷而不需要深度参与辅助服务。

周秦声表示,储能的应用前景非常明朗,现在还需要快速降低成本,保障安全性。此外,灵活内燃机也具备平衡和快速响应能力,能够应用于多种场景。

关键字:储能,可再生能源

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