中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
1 研究背景
2020年9月，習(xí)近平總書記提出我國(guó)“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)。
近年來，我國(guó)新能源的裝機(jī)快速增加，“十三五”期間的建設(shè)速度完全超越了規(guī)劃預(yù)期，全國(guó)新能源實(shí)際投產(chǎn)裝機(jī)規(guī)模是規(guī)劃目標(biāo)的1.7倍。同時(shí)在“十四五”規(guī)劃中又明確提出了“提升新能源消納和存儲(chǔ)能力”的要求。截至2022年底，我國(guó)水電、火電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)電裝機(jī)容量分別為4.1億千瓦、13.3億千瓦、3.7億千瓦和3.9億千瓦。預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)的水電裝機(jī)將達(dá)到5.4億千瓦，火電裝機(jī)為11~13億千瓦，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)均達(dá)到15~20億千瓦。高比例新能源的接入，對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的消納能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。
2 研究意義
為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的電力負(fù)荷需求以及高比例新能源消納的要求，我國(guó)需要實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的綠色低碳變革。2023年中央全面深化改革委員會(huì)第二次會(huì)議指出，要構(gòu)建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)。
國(guó)家政策以及社會(huì)需求都對(duì)電力系統(tǒng)提出了新的要求，為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，提升新型電力系統(tǒng)的新能源消納能力并降低電力系統(tǒng)碳排放量，需要著重解決以下兩個(gè)核心問題：第一，如何建立適用于調(diào)度及規(guī)劃的新型電力系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模型？第二，如何對(duì)新型電力系統(tǒng)的碳減排潛力給出合理的評(píng)估？
3 重點(diǎn)內(nèi)容
1）新型電力系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)。
新型電力系統(tǒng)的框架核心對(duì)是“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”各要素的系統(tǒng)化集成。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)以及儲(chǔ)能側(cè)4個(gè)方面都將發(fā)生明顯的變化：電源側(cè)風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能等新能源的發(fā)電比例顯著增加，核能、生物質(zhì)能等可調(diào)度新能源發(fā)電量也明顯增加；電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模接入電力電子設(shè)備，交直流混聯(lián)電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用已是必然趨勢(shì)；負(fù)荷側(cè)的負(fù)荷種類多元化程度增加，靈活可控負(fù)荷快速發(fā)展；儲(chǔ)能環(huán)節(jié)將與電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及負(fù)荷側(cè)深度融合以保障電力系統(tǒng)的整體調(diào)節(jié)能力。在我國(guó)現(xiàn)有的電力系統(tǒng)框架基礎(chǔ)上，為了滿足我國(guó)電力行業(yè)的低碳化轉(zhuǎn)型及發(fā)展，新型電力系統(tǒng)的建設(shè)工作需要從“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”4個(gè)主要方面進(jìn)行一體化推進(jìn)。圖1展示了新型電力系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中各組成元素的具體類型。
圖1 新型電力系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖
2）新型電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度數(shù)學(xué)模型。
新型電力系統(tǒng)主要包含“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”4部分組成要素，表1中總結(jié)了“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”各自包含的主要要素類型以及常用的建模方式。無論是在規(guī)劃還是調(diào)度問題中，都應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理角度出發(fā)，而且新型電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等關(guān)鍵方面。為了保證新型電力系統(tǒng)的可靠性，本文在魯棒優(yōu)化框架下處理新能源出力不確定性、負(fù)荷不確定性以及傳輸安全約束等要素；為了提升新型電力系統(tǒng)的環(huán)保性，我們將新能源消納量的提升、常規(guī)火電發(fā)電煤耗的減少以及碳排放量減少等因素作為系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)；同時(shí)常規(guī)火電發(fā)電煤耗的減少也對(duì)應(yīng)于新型電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性方面的指標(biāo)?；谝陨峡紤]，本文給出新型電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，可以用于調(diào)度問題或是規(guī)劃問題中的系統(tǒng)運(yùn)行描述。
表1 新型電力系統(tǒng)構(gòu)成要素及建模特點(diǎn)描述
3）碳排放指標(biāo)及碳減排瓶頸因素分析。
現(xiàn)有的電力系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)大多從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性等方面進(jìn)行考慮，本文在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了碳排放相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法來衡量電力系統(tǒng)的碳減排潛力并給出規(guī)劃方向的參考，所提的評(píng)價(jià)指標(biāo)與現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等指標(biāo)都旨在提升新型電力系統(tǒng)對(duì)于新能源的消納量、降低常規(guī)火力機(jī)組發(fā)電的煤耗量，評(píng)價(jià)方向具有一致性。
文中通過一個(gè)說明性案例引入了“理想系統(tǒng)”的概念，并且進(jìn)一步引出理想碳排放量的定義：在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，理想系統(tǒng)以碳排放量最低為運(yùn)行目標(biāo)，在典型場(chǎng)景下的二氧化碳排放量。
為了尋找對(duì)系統(tǒng)碳減排制約最大的瓶頸因素，本文給出了相關(guān)的靈敏度指標(biāo)，用以分析單個(gè)系統(tǒng)要素的建設(shè)與系統(tǒng)碳排放量的關(guān)系。單要素碳減排單位成本：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行單個(gè)要素升級(jí)，所需的單位時(shí)間規(guī)劃成本與單個(gè)調(diào)度周期碳減排量的比值。其中單位時(shí)間規(guī)劃成本是指規(guī)劃建設(shè)成本平均到單個(gè)調(diào)度周期的經(jīng)濟(jì)成本。
4 結(jié)論與展望
高比例新能源的接入是新型電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，構(gòu)建高比例消納新能源的新型電力系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)有重大意義。本文通過對(duì)新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中要綜合考慮的“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”各組成部分進(jìn)行了建模方法調(diào)研和對(duì)比，總結(jié)出一套適用于運(yùn)行調(diào)度和規(guī)劃問題的新型電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型框架，并在電力系統(tǒng)碳排放表現(xiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)方面提出了新穎的觀點(diǎn)和方法，為新型電力系統(tǒng)的碳減排規(guī)劃提供了參考。我國(guó)的電力系統(tǒng)改革發(fā)展任重而道遠(yuǎn)，合理規(guī)劃電力系統(tǒng)的建設(shè)方向是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型的必由之路。
