大變革：新能源電力系統(tǒng)

　　構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)有電力系統(tǒng)需要進(jìn)行深刻變革。

　　電力系統(tǒng)的基本功能，是保證電能的供需平衡。在以火電、水電、核電為主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，一次能源是可以儲(chǔ)存的，因而電能輸出是可控的，電力系統(tǒng)可以進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)與機(jī)組優(yōu)化調(diào)度，通過(guò)變更發(fā)電側(cè)功率來(lái)滿足用電側(cè)隨機(jī)波動(dòng)的需求，從而保證電能的供需平衡與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

　　而以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的新能源發(fā)電，與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的最大區(qū)別就在于，一次能源是不可儲(chǔ)存的，進(jìn)而風(fēng)能、太陽(yáng)能的隨機(jī)波動(dòng)性決定了其發(fā)電功率的隨機(jī)波動(dòng)性。當(dāng)大規(guī)模新能源電源接入電網(wǎng)以后，就要求電力系統(tǒng)從原來(lái)的“一次能源可儲(chǔ)、二次能源可控”模式，升級(jí)為在隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷需求與隨機(jī)波動(dòng)的電源之間實(shí)現(xiàn)電能供需平衡的新模式。

　　如果掌握了大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，可以在一定程度上化解上述矛盾，但目前的儲(chǔ)能技術(shù)尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)電荷大容量、大功率存儲(chǔ)，所以需要從調(diào)整電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)與運(yùn)行控制方式出發(fā)，用動(dòng)態(tài)思維來(lái)解決。理想的新電力系統(tǒng)需要滿足三方面響應(yīng)機(jī)制，即電源響應(yīng)、電網(wǎng)響應(yīng)、負(fù)荷響應(yīng)，我們可以將滿足這些要求的電力系統(tǒng)稱為“新能源電力系統(tǒng)”。

　　電源響應(yīng)就是要實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電功率的靈活控制。一方面，要研究精確的風(fēng)能、太陽(yáng)能功率預(yù)測(cè)方法、大規(guī)模新能源發(fā)電基地的功率分配策略，以及靈活的新能源發(fā)電單元功率控制技術(shù)。另一方面，也要意識(shí)新能源發(fā)電功率輸出的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性本質(zhì)上是由一次能源特性決定的，不可能徹底改變，因此必須有火電、水電等可控裝機(jī)進(jìn)行多源互補(bǔ)。依靠互補(bǔ)特性，可以有效地突破大規(guī)模新能源電力并網(wǎng)導(dǎo)致的電源功率隨機(jī)波動(dòng)問(wèn)題。

　　電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與輸送極限是決定電網(wǎng)配置資源能力的兩個(gè)重要方面，電網(wǎng)響應(yīng)即從調(diào)整這兩項(xiàng)內(nèi)容著手。其一，是依靠先進(jìn)的輸電方式，增強(qiáng)電網(wǎng)在大時(shí)空范圍內(nèi)的輸送能力與資源優(yōu)化配置能力，合理運(yùn)用大規(guī)模集中電站并網(wǎng)外送、基于可調(diào)負(fù)荷和儲(chǔ)能的就地消納、基于微網(wǎng)的分布式接入等多種方式，提高電力系統(tǒng)對(duì)新能源的接納規(guī)模。在這方面，特高壓技術(shù)的研發(fā)做出了積極嘗試，特高壓海底電纜、柔性直流輸電技術(shù)都是未來(lái)的探索方向。其二，需要基于新能源電源的時(shí)空特性與多種新型輸電方式的特征優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，硬件上構(gòu)建區(qū)域電網(wǎng)間解耦連接、分層分區(qū)的輸電網(wǎng)架，軟件上研發(fā)可以同時(shí)響應(yīng)負(fù)荷和電源功率隨機(jī)波動(dòng)性的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)漸進(jìn)優(yōu)化理論方法。

　　隨著智能家居、電動(dòng)汽車等設(shè)備的普及，負(fù)荷響應(yīng)對(duì)于提高新能源接納比例越來(lái)越重要。其實(shí)，目前的電力系統(tǒng)中已存在大量電網(wǎng)友好型的可平移負(fù)荷，要進(jìn)一步發(fā)掘這些用負(fù)荷響應(yīng)潛力，需要相關(guān)政策、價(jià)格機(jī)制、市場(chǎng)手段來(lái)引導(dǎo)用戶主動(dòng)參與電網(wǎng)互動(dòng)。同時(shí)，必要的技術(shù)條件可以在不改變用戶消費(fèi)習(xí)慣的前提下極大地提高負(fù)荷響應(yīng)比例。為實(shí)現(xiàn)人與電網(wǎng)和諧互動(dòng)的用電方式，用電設(shè)備應(yīng)當(dāng)可以實(shí)時(shí)獲取并分析精確、可靠的電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，并及時(shí)、正確地響應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的改變。要做到這一點(diǎn)，在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)、智能電表、柔性電力負(fù)荷控制等技術(shù)的基礎(chǔ)上，還需要有針對(duì)性地研發(fā)家庭控制網(wǎng)關(guān)、智能插座等電網(wǎng)友好裝置以及具有用電信息采集、處理、監(jiān)控、計(jì)費(fèi)、資源調(diào)度等功能的高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)。

　　此外，與傳統(tǒng)發(fā)電廠/站相比，新能源發(fā)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣、工況多變的客觀條件導(dǎo)致其出現(xiàn)故障的概率增大，從而增加了電力系統(tǒng)發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)，因此先進(jìn)的電網(wǎng)控制與安全防御技術(shù)也是決定新能源接納極限的重要因素。傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護(hù)與安全防御系統(tǒng)采用的是“以保守性換取可靠性”的策略，即采取離線仿真方式按最惡劣的情況設(shè)定保護(hù)控制策略，這極大地限制了電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的能力。智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)正在改變這種局面，各種傳感器的大量應(yīng)用與監(jiān)測(cè)平臺(tái)的建設(shè)，讓電力系統(tǒng)信息化程度顯著提高，系統(tǒng)安全防御將可以從常規(guī)的故障控制，轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍?duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的評(píng)估、預(yù)警、保護(hù)與安全控制體系，這將會(huì)更加適合新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　在上述特性都具備的前提下，電力系統(tǒng)才可能具備完全的新能源接納能力，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電也才能真正進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期。