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“风光水火储一体化”推动现代能源体系建设

2022-09-01 13:41来源:北极星太阳能光伏网作者:张裕关键词:风光水火储一体化多能互补风光大基地收藏点赞

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为实现“双碳”目标,着力构建清洁低碳、安全高效的能源体系,提升能源清洁利用水平和电力系统运行效率,贯彻新发展理念,更好地发挥源网荷储一体化和多能互补在保障能源安全中的作用,积极探索其实施路径,国家发展改革委、国家能源局2021年3月发布《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》,明确提出了“多能互补实施路径”、“推进多能互补,提升可再生能源消纳水平”。“风光储”、“风光水储”、“风光火储”等一体化项目随之受到了能源企业的青睐,在新疆、陕西、青海、贵州等全国各地源网荷储一体化、风光水火储一体化等示范项目得到多维度布局建设,如雨后春笋般涌现,形成“星星之火,可以燎原”之势。

(作者:张裕 贵州电网有限责任公司电网规划研究中心)

一、“风光水火储一体化”是构建现代能源体系的重要方向

2022年3月,国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”现代能源体系规划》进一步提出“积极推进多能互补的清洁能源基地建设,科学优化电源规模配比,优先利用存量常规电源实施‘风光水(储)’‘风光火(储)’等多能互补工程”。“风光水火储一体化”对解决电力系统综合效率不高,各类电源互补互济不足等问题具有重要实际意义,有助于提高新能源消纳能力,提升能源利用率和电力系统运行效率,支撑电力系统安全稳定运行,逐步成为行业共识。

2022年5月,国家能源局、科技部印发《“十四五”能源领域科技创新规划》,将“源网荷储一体化和风光火(储)、风光水(储)、风光储一体化规划与集成设计研究”作为重要研究课题。“源网荷储一体化”、“风光水火储一体化”是构建新型电力系统和现代能源体系的关键技术、主要路径和举措,面临着机遇与挑战。

二、“风光水火储一体化”规划设计面临的科学问题

“风光水火储一体化”侧重于电源基地开发,结合当地资源条件和能源特点,因地制宜采取风能、太阳能、水能、煤炭等多能源品种发电互相补充,并适度增加一定比例储能,统筹各类电源的规划、设计、建设、运营。

“风光水火储一体化”对能源行业的开发、建设、运营提出了更高的要求,指明了发展方向,同时也将电源侧的规划设计、建设运营相关技术难度提升了一个层次。面对“源网荷储一体化” 、“风光水火储一体化”发展,国内外在综合能源系统、多能互补、火电机组灵活性改造技术等方面开展了前期研究,形成了系列研究成果,但缺乏“源网荷储一体化”、“风光水火储一体化”规划设计和调度运行技术以及相关技术标准,也缺乏相应的调度运行机制,亟需规划建设、调度运行技术以及体制机制去实现“源网荷储一体化”、“风光水火储一体化”可靠运行和逐步推广应用。

如何明确“风光水火储一体化”规划设计目标和合理配比火电、水电、风电、光伏、储能装机容量以及输送容量等,是“风光水火储一体化”规划设计的核心科学问题。“风光水火储一体化”规划设计目标存在两个方面,一方面是“风光水火储一体化”项目内在的能源互补优化目标,另一方面是“风光水火储一体化”项目外在的优化功率送出目标,分别对应着项目经济效益和电力系统安全稳定运行要求,满足正常运行状态和非正常状态、内部和区域电网等多目标优化运行需求。因此,规划多目标优化技术是“风光水火储一体化”核心技术,实现两个目标函数的平衡,达到新能源开发量、电网安全稳定支撑、项目经济性的多目标统一。“风光水火储一体化”规划设计需要考虑“风光水火储一体化”多场景和典型运行方式,从而确定电源配置比例、输送通道容量。因此,“风光水火储一体化”多场景和典型运行方式构建技术也是“风光水火储一体化”规划设计的核心技术。

三、“风光水火储一体化”规划设计关键技术方向

(1)研究风光水火储一体化耦合机理。目前的研究多集中于风/光,风/光/水的出力互补特性,对风光水火储出力互补特性和调峰互补特性的认识还不够深入,对“风光水火储一体化”的能源多时空互补价值未充分挖掘。大型电源基地与区域电网的风光水火储多能互补特性和调峰互补特性,大大影响“风光水火储一体化”的规划建设。因此,开展风光水火储一体化耦合机理研究是推进新型电力系统电源侧规划建设的重要方面。

(2)研究风光水火储容量配置优化方法。与常规电源规划不同,风光水火储一体化规划需要考虑如何充分利用风光水火储多能间的互补特性和灵活调节资源容量来实现新能源的最优消纳,因此风光水火储一体化规划需要依据耦合机理分析满足外送和负荷需求下的风光水火储最优规模和容量配比。

(3)研究风光水火储建设和运行成本。风光水火储一体化规划需要将火电灵活改造成本,多类型储能(电化学储能,抽水蓄能)的投资运维成本,风电、光伏、水电的投资运维成本纳入考虑范围内,而运维成本又涉及到电价、电力辅助服务等电力市场和政策层面,需要研究多重因素影响下的运维成本变化。

(4)研究大型电源基地和区域电网风光水火储一体化规划模型。在面向大型电源基地的风光水火储一体化规划时,主要需要考虑外送功率曲线的波动和增长以及电源基地内部自然资源禀赋的约束,将电源开发计划与外送功率要求结合起来,保证外送功率通道利用率和外送新能源比例,实现区域电网的电力电量平衡和电力系统安全稳定运行。

(5)研究“风光水火储一体化”规划设计指标以及评价体系。对一体化基地输送通道容量和利用率、新能源利用率、储能利用率、项目经济效益、调节能力等需要设置合理指标和科学计算方法,构建“风光水火储一体化”规划设计评价体系,实现一体化电源开发方案、储能配置方案、输送通道建设方案等“风光水火储一体化”规划设计内容的客观评价。

四、贵州“风光水火储一体化”建设

为实现“碳达峰”“碳中和”目标,根据《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》要求,贵州省统筹优化各类电力要素资源,通过火电灵活性改造等措施挖掘火电调节能力,充分发挥贵州梯级水电站调节能力和负荷侧调节响应能力,建设一定规模的储能,推进实施源网荷储、多能互补一体化项目,进一步提升贵州风光等新能源送出和消纳。贵州省相关企业积极建设金沙柳塘风光火储一体化、北盘江光照水电站风光水储一体化、普定风光火储一体化等多项试点项目,推动形成可行市场机制,并逐步推广应用。

从贵州省全省来看,是全国重要能源基地,承担西电东送任务,全省区域可综合性考虑为风光水火储一体化基地。另外,省内有丰富的水电和煤炭资源,可以从四个流域和煤炭基地两个方面实现区域范围内的风光水火储一体化。

目前,贵州正在依托大型水电站和现有火电厂富余通道,建设乌江、南盘江、北盘江、清水江流域水风光可再生能源综合基地及风光水储一体化项目,建设六盘水、安顺等地区的风光火储一体化项目,实现区域多能互补,同时推进毕节、六盘水、安顺、黔西南、黔南等五个百万级光伏基地建设。业内人士指出,以多能互补模式为主的大型风光基地建设趋势逐渐清晰,未来“风光水火储一体化”或将成为风光大基地建设的主流模式。

国务院《关于支持贵州在新时代西部大开发上闯新路的意见》提出“加强清洁能源开发利用,建设新型综合能源基地”等战略部署,贵州“风光水火储一体化”迎来新的机遇。2022年5月,贵州电网有限责任公司出台《贵州水风光火协同新型电力系统建设方案(2022~2025年)》,将在全力推动新能源发展、加快新能源接入电网、推动“风光水火储”一体化基地建设等方面积极行动,加快推动贵州多能互补电源体系建设,到2025年,将全面建成数字电网,基本形成多能协同互补、网源荷储互动、用能需求智控的新型电力系统形态。

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