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國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）發(fā)布《能源轉(zhuǎn)型之電網(wǎng)靈活性》報告中提到，能源轉(zhuǎn)型以及可再生能源電力增加，要求電網(wǎng)具備更強的靈活性。電網(wǎng)靈活性技術(shù)方面來源于供應(yīng)側(cè)、儲能、需求側(cè)、以及電網(wǎng)等。
《能源轉(zhuǎn)型之電網(wǎng)靈活性》報告指出，全球能源系統(tǒng)正在加速邁向綠色低碳的未來，伴隨這一轉(zhuǎn)變可再生能源部署速度和規(guī)模不斷增加，尤其是風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電，使其在電網(wǎng)中的占比不斷增加。然而當前的電力系統(tǒng)無法同等消納隨之產(chǎn)生的可再生能源電力，同時可再生能源固有的波動性給電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來了潛在的威脅，上述問題給電力系統(tǒng)運營商和監(jiān)管當局帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。在此背景下，對現(xiàn)有的電力系統(tǒng)進行全方位的改進和升級以增強其靈活性，以應(yīng)對日益增加的波動性可再生能源高比例并網(wǎng)帶來的電網(wǎng)穩(wěn)定性沖擊問題顯得尤為重要。為此，報告提出了提高電網(wǎng)靈活性的建議，并提出評估電網(wǎng)靈活性的新工具FlexTool，該工具目前已用于哥倫比亞、巴拿馬、烏拉圭和泰國。報告要點如下：
1、能源轉(zhuǎn)型中的靈活性需求
以化石燃料為主體的能源系統(tǒng)正逐步轉(zhuǎn)變成以可再生能源為主體的能源系統(tǒng)，意味著將消納更多可再生能源電力，這就要求電網(wǎng)具備更強靈活性。IRENA的全球能源轉(zhuǎn)型路線圖表明，到2050年，可再生能源將占全球一次能源供應(yīng)總量的60%。能源系統(tǒng)向可再生能源為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變帶來了一系列挑戰(zhàn)，因為高占比的波動性可再生能源（VRE）增加了對供需平衡的要求。在傳統(tǒng)的不包括VRE或VRE比例較低的電力系統(tǒng)中，通常由電力供應(yīng)方提供靈活性，通過基于高效循環(huán)系統(tǒng)的火力發(fā)電（例如開式循環(huán)燃氣輪機）、靈活的可再生能源（如水力發(fā)電）和抽水蓄能以及儲能電池等平衡需求波動并提供備用容量。在過去五年中，太陽能和風(fēng)能變化的影響已經(jīng)開始在許多電力系統(tǒng)中體現(xiàn)：多個國家成功實施了若干復(fù)雜程度、時間尺度、有效性和成本各有特點的解決方案，這些方案促進了高比例VRE在大型電力系統(tǒng)（如丹麥）、吉瓦級電力系統(tǒng)（如愛爾蘭）和小島系統(tǒng)（如澳大利亞的金島）中的整合。解決方案主要包括分布式風(fēng)能和光伏發(fā)電、集中式風(fēng)能和光伏發(fā)電、電力系統(tǒng)靈活性改造、改善電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、部署先進的儲能系統(tǒng)、開發(fā)需求側(cè)管理計劃以及提高火力發(fā)電廠熱效率。
為了進一步推進和實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標，需要充分發(fā)揮能源系統(tǒng)的靈活性，而需求側(cè)響應(yīng)管理和終端用能耦合將在發(fā)揮系統(tǒng)靈活性中發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過使用電阻制熱和熱泵來供暖，可以顯著提高需求靈活性。此外，區(qū)域供熱系統(tǒng)中存儲著大量熱能，可作為電力系統(tǒng)的能量存儲方式，提高需求靈活性，降低成本和排放，提高電力系統(tǒng)可靠性。公路貨運、航運和航空等部門無法使用電纜輸送的電力，只能靠燃料供能。一些工廠的加工過程也需使用燃料而非電力，如氨、聚合物生產(chǎn)需要氫以及某些高溫工藝需要燃料。在VRE占比較高的系統(tǒng)，通過可再生電力生產(chǎn)氫等無碳燃料能為能源部門脫碳發(fā)揮重要作用。供暖方面，氫氣生產(chǎn)可以為電力系統(tǒng)提供靈活性（取決于電解槽的類型），最重要的是，將氫氣混合到天然氣網(wǎng)絡(luò)中可以實現(xiàn)可再生電力的季節(jié)性儲存。
許多國家需要將太陽能和風(fēng)能利用率提高到60%以上，以實現(xiàn)未來能源可持續(xù)發(fā)展。如丹麥和愛爾蘭是風(fēng)能并網(wǎng)的領(lǐng)跑者，風(fēng)電份額分別為44%和27%，最大瞬時滲透率分別超過需求的150%和60%。兩國的電力系統(tǒng)都經(jīng)歷了一個轉(zhuǎn)型過程，其中的經(jīng)驗教訓(xùn)包括：1）提前設(shè)計靈活性比電力系統(tǒng)出現(xiàn)靈活性問題后再尋求解決方案更為經(jīng)濟；2）通過釋放現(xiàn)有電力系統(tǒng)的靈活性而不是投資新的昂貴設(shè)施，可以整合大量的VRE；3）在選擇解決方案時，必須考慮項目開發(fā)時間，特別是許可和施工時間；4）靈活性的規(guī)劃需要采用復(fù)雜的工具和方法，這些工具和方法隨著政策、經(jīng)濟和技術(shù)/科學(xué)的發(fā)展而變化。
2、電力系統(tǒng)靈活性
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性主要針對非波動性電力來源。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)不包含VRE，其主要變化來源是電力需求，這取決于氣候和社會經(jīng)濟。電力系統(tǒng)運營商通過電力市場輔助服務(wù)，應(yīng)對發(fā)電機隨機停運、負荷波動、線路故障等導(dǎo)致的電力系統(tǒng)失衡以及由于需求預(yù)測錯誤導(dǎo)致的實時不平衡。為系統(tǒng)提供基本負荷的發(fā)電機組，如煤電、生物質(zhì)發(fā)電和核電，多使用蒸汽輪機發(fā)電，循環(huán)能力有限。峰值發(fā)電機專為靈活運營設(shè)計，通常是燃氣輪機和內(nèi)燃機?，F(xiàn)代聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機和水力發(fā)電機組被稱為中間發(fā)電機，可用于提供基本負荷或峰值負荷。
隨著波動性可再生能源的份額上升，電力系統(tǒng)運營復(fù)雜性也在增加。在VRE份額較低時，凈負荷和需求之間差異很小。隨著VRE的增加，兩者之間出現(xiàn)越來越明顯的差異。靈活性不足的電力系統(tǒng)可能會削減VRE，在極端情況下會出現(xiàn)負荷損失。在凌晨以及光伏發(fā)電高峰期，則可能出現(xiàn)電力過剩，并導(dǎo)致電價下降。除了電力過剩的經(jīng)濟影響之外，VRE瞬時份額過高還會造成電網(wǎng)慣性不足的可靠性風(fēng)險，通常通過削減VRE，減少其輸出作為緩解措施，但這會產(chǎn)生經(jīng)濟損失和環(huán)境、電力、燃料的負面影響。高比例的VRE還會導(dǎo)致電網(wǎng)凈負荷增長速度變快，為系統(tǒng)帶來更大考驗。在應(yīng)對系統(tǒng)不確定性方面，電力系統(tǒng)監(jiān)管要求運營商時刻保證一定數(shù)量的儲備電力，隨著VRE占比提高，對VRE發(fā)電的預(yù)測誤差成為不確定性的主要來源。另外，太陽能和風(fēng)能的不確定性還從時間尺度上（幾秒鐘到幾個月）影響系統(tǒng)運行。例如，幾秒鐘的變化會影響系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力，15到30分鐘的變化會影響運行儲備的負荷跟蹤和規(guī)模，季節(jié)性變化會影響水電中期存儲規(guī)劃和電網(wǎng)長期容量規(guī)劃。
靈活的電力系統(tǒng)應(yīng)在所有時間尺度上經(jīng)濟、高效、可靠。主要包括如下特征：1）滿足峰值負荷和峰值凈負荷，避免負荷損失；2）始終保持供需平衡，確保提供足夠的出力調(diào)節(jié)能力、快速啟動能力以及在低凈負荷下運行的能力；3）具有足夠的存儲容量以平衡高VRE發(fā)電時段和高需求但低VRE發(fā)電的時段；4）整合發(fā)電以調(diào)整需求應(yīng)對供應(yīng)短缺或電力過剩的時段；5）通過始終保持足夠的儲備供應(yīng)，以減輕電力系統(tǒng)失穩(wěn)；6）在精心設(shè)計的市場下運營，其靈活性不受市場不足的影響。
3、電網(wǎng)靈活性來源
•技術(shù)靈活性。技術(shù)靈活性與系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，主要包括：（1）供應(yīng)側(cè)靈活性。這與發(fā)電技術(shù)密切相關(guān)，如水力發(fā)電機和開式循環(huán)燃氣輪機是最靈活的常規(guī)發(fā)電機之一。（2）儲能。抽水蓄能電站、飛輪和壓縮空氣儲能（CAES）在發(fā)電突然損失的情況下可以作為第一道防線，并且減少系統(tǒng)對火力發(fā)電的依賴。在幾秒到幾分鐘的時間范圍內(nèi)，主要通過電池和抽水蓄能電站提供儲備。在較長時間內(nèi)，通過抽水蓄能電站、CAES、長時儲能電池和蓄熱等技術(shù)提供靈活性。此外，電池還可以提供廣泛的服務(wù)，例如安裝在電動汽車中取代化石燃料，在微型電網(wǎng)中實現(xiàn)高比例VRE。在VRE集成水平很高的情況下，還可利用可再生能源生產(chǎn)的氫氣為工業(yè)、建筑、運輸?shù)炔块T提供燃料，下游的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施、氫供應(yīng)鏈等行業(yè)可作為VRE季節(jié)性存儲的緩沖器。（3）需求側(cè)靈活性。需求響應(yīng)可以與儲能共同提高系統(tǒng)靈活性，通過價格信號或長期直接負荷控制協(xié)議調(diào)整用戶電力需求。通過使用時間定價機制，在電力過剩期間調(diào)整需求以支持VRE發(fā)電。電力公司通過直接負荷控制減少VRE不確定性對電網(wǎng)的影響，一些電力市場鼓勵負荷聚合商參與其中，提升系統(tǒng)靈活性。（4）電網(wǎng)靈活性，通過強大傳輸網(wǎng)絡(luò)平衡較大區(qū)域的供需；通過跨境互連確保國家或地區(qū)電力交換的靈活性（如果市場允許）；通過先進控制技術(shù)以加強系統(tǒng)通信，實現(xiàn)發(fā)電機的自動控制、需求響應(yīng)的自動激活或先進電流控制（如柔性交流輸電系統(tǒng)<FACTS>）。圖1顯示了提高系統(tǒng)靈活性的技術(shù)。
圖1增強系統(tǒng)靈活性的技術(shù)選擇
•運營靈活性。除了電網(wǎng)中各項技術(shù)的限制之外，運營靈活性還與監(jiān)管和市場環(huán)境有關(guān)。如大型國有電力系統(tǒng)被分解為各省份獨立運營，通過集中調(diào)度或電力市場管理電力交換，某些情況下由于缺乏有效協(xié)調(diào)導(dǎo)致電力交換受到限制，抑制了系統(tǒng)靈活性。通過中央調(diào)度和建立根據(jù)價格信號安排電力交易的市場是解決該問題的較好方法，區(qū)域定價和節(jié)點定價也有助于解決傳輸擁堵問題，避免重新調(diào)度。電網(wǎng)運營決策應(yīng)確保系統(tǒng)需求、技術(shù)限制和盈利之間的平衡。
原標題:IRENA：增強電網(wǎng)靈活性有助于促進能源轉(zhuǎn)型
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