含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战

含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战

程小飞王敬哲

（国网浙江常山县供电有限公司浙江衢州234200）

摘要：当前，我国科学技术取得了迅猛的发展，能源和电力领域也实现了巨大突破，然而，在电力系统的运行过程中也面临很多方面的问题，特别是未来的含高比例可再生能源的随机变化特征，给电力系统的稳定运行带来了严峻的考验和巨大的挑战，所以对于电力系统的灵活性资源展开规划是十分重要而且必要的。基于此，本文着重分析和研究含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战等相关方面内容，希望通过本文的分析，可以为相关从业者提供建设性的启示。

关键词：高比例可再生能源电力系统；灵活性；规划；挑战

引言

当前，人类社会在很大程度上面临着能源安全和气候变化的巨大压力和严峻考验，传统意义上的能源发展方式已经与时代发展需求不相适应，不能再继续实施下去，可再生能源的大量运用，从根本上有效推动了能源清洁化、低碳化、智能化的发展趋向。含高比例可再生能源发电，从全球范围来看，已经成为全球备受关注的未来电力系统资源。我国预计在2050年要实现大部分的电力主要是来源于可再生能源，到那个时候，风电和太阳能发电等装机容量将达到很高的标准，特别是包括水电等在内的可再生能源，发电量将达到85%以上。然而，在含高比例可再生能源有效融合到未来的电力系统中，风电和太阳能将成为重要的支撑，而风、光等相关资源有着十分典型的波动性和随机性特点，这在很大程度上造成相关的电力系统特性方面很容易被改变，需要针对相关方面的规划和运行机制进行重新的考量和探讨。

一、电力系统灵活性的主要内涵

通常意义上所称之为的灵活性也叫做柔性，从广义上来看，灵活性主要指的是系统对内、外部不确定因素的应变能力，也就是内部或者外部变量发生变化时系统的响应能力。针对相关方面的定性描述指标进行划分，可以分为运行灵活性、检修灵活性和扩建灵活性等。国际上对电力系统的灵活性并没有统一的定义，但大体上包含4个要素，也就是时间尺度，灵活性资源集、系统的不稳定性和成本约束。

电力系统的灵活性需求主要是来自于负荷的波动，在可再生能源接入的时候，电源的波动性也会在某种程度上出现灵活性需求，并且伴随着可再生能源发电比例的逐步增加，这一部分的需求也会出现十分明显的增长，而成为对电力系统的灵活性造成直接影响的关键因素。电力系统的核心是针对电力电量进行平衡，也就是有针对性的根据规划的负荷需求来有效明确电力系统的规划年的装机容量和需求新增的容量，以此来确保系统的可靠性。在全新的时代背景下，要进一步针对灵活性的平衡和匹配进行专项分析和研究。

二、含高比例可再生能源电力系统灵活性规划

1电源灵活性的规划

传统意义上的电源规划最主要的矛盾集中在电力电量的平衡和可靠性方面，随着并网可再生能源的比例进一步增加，系统所面临的灵活性问题也成为最主要的矛盾之一。电力系统在进行规划的过程中，如果没有针对灵活性需求进行综合的考量，就很可能造成最终的规划方案没有切实有效的实施灵活性资源，这样就无法有效适应高比例可再生能源系统的运行。在具体的可再生能源高比例的电力系统规划中，要进一步针对系统进行有效的优化，使常规火电机组的规划容量进行有效的降低，使调峰电厂的灵活性得到提高，并通过电价的机制使相应的需求侧响应特性得到有效的改善，使电力系统的灵活性有效提升，以此来有效适应高比例可再生能源的运行。针对系统的灵活性进行进一步的量化，并把其耦合到规划的流程中，并与发电充裕度的评价进行相比，灵活性评估，对数据更加依赖，并且需要更加详细深入的研发系统仿真模型。

2针对输电网进行灵活性规划

针对输电网灵活性规划而言，相关机构提出了输电网灵活规划的模型方法，例如，以补偿随机规划为基础的柔性决策方法，考虑线路备选的概率，以及以联系数模型为基础的方法，所涉及的相关方法的应用场景都是输电网规划，其中核心的思想是通过不同的模型和算法为具体的决策方案提供相对应的灵活空间，通过这样的方法使规划方案能够有效应对其中的不确定性。美国的电科院针对这样的情况有效提出了电力系统灵活性量化评价指标体系，并进一步指出把这个体系纳入到传统电力系统规划的流程，并针对具体情况进行灵活性需求评估，以灵活性资源特征为基础，来有效建模，把它纳入到电力系统生产模拟仿真系统中，仿真的结果可以有效评价和量化其灵活性。并且针对输电网对于系统灵活性的影响进行分析，以此为基础，从灵活性的角度针对这方案进行优化和筛选。

3配电网的灵活性规划

传统意义上的配电网规划主要涉及负荷预测，网架规划和配电自动化等一系列相关方面内容，其根本宗旨是为了从根本上有效确保配电系统电能质量和可靠性的内在需求，使系统的总投资成本能够有效降低到最小，并从灵活性分析的角度来出发，配电网规划具备全新的研究领域，使电力系统灵活性的重要作用得到显著提升。电力市场要通过价格信号来有效引导用户的侧改变固有的用电习惯，使原本的负荷曲线得到有效改变，真正意义上有效实现削峰填谷的用电效果，在负荷高峰并且新能源处理比较少的时候，有效减少用电，进一步转化成为在负荷低谷和新能源处理比较高的时候来有效应用，这样能够用比较低的代价，充分消纳新能源，为系统提供更佳科学合理的灵活性。

三、含高比例可再生能源电力系统灵活性的挑战

有针对性的考虑到灵活性资源供给与需求平衡的概率，在运行模拟方法和电力系统灵活性定量评价指标定义方面，面临巨大的挑战。具体而言，主要指的是从定性层面来看系统灵活性，主要指的是灵活资源供应能够使灵活性需求得到满足的能力，然而从物理层面来看，灵活性具体该如何定义，怎样才能真正体现出高比例可再生能源并网的需求和挑战？需要进一步的研究和论证。为了对于灵活性资源进行充分的优化和规划，要配备一套与之相对应的可以量化反映该系统灵活性是否充足的指标体系，如果灵活性不够，要有效指出关键的薄弱环节在哪里。然而，因为电力系统灵活资源种类比较多，不确定性十分显著，广泛准确的灵活性评价要建立在对于每一个类型灵活资源运行特性进行精确把握并建模的基础上，并综合考量各类不确定性现象。但是，各类灵活性资源在运行时间尺度下有着不同的特性。所以，如何真正意义上建立以多类型不确定性和不同特性灵活资源的电力系统灵活性量化评价方法是核心问题之一，同时这个巨大的挑战也是后续优化规划研究的重要基础。

四、结语

综上所述，有针对性的对于含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战等相关方面的问题进行分析和研究是十分重要而且必要的，特别是在当前的时代背景下，我国进一步有效提出在2050年可再生能源发电量药占比超过80%以上，这样的愿景要想实现有着巨大的难度，特别是当前我国电力系统强钢性、低灵活性不能真正意义上应用可再生能源电力，所以在这样的情况下，需要建立健全各类灵活性资源量化评价方法，并使灵活性专项规划得到真正意义上的贯彻执行，确保现有的规划方法内在的漏洞和不足得以充分弥补。对于电力系统应对不确定性力的重要指标来说，灵活性是未来构建高比例可再生能源电力系统的基础，在当前电力系统框架下，进一步增加电力系统的灵活性评价和协调规划，有着至关重要的作用。这个领域涉及到众多的研究方向，在实践的过程中进一步摸索并实现高比例可再生能源电力系统，相关的关键技术问题必须进行有效攻克。

参考文献：

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