新型电力系统中水电的作用及发展规划研究

新型电力系统中水电的作用及发展规划研究摘要：目前，新能源只能提供电量替代，容量支撑能力不足。随着新能源发电占比提高，电力系统存在的众多制约性技术问题亟待解决。如系统在延续交直流串/并联特征的同时，由于源~网~荷~储各环节高度电力电子化，将呈现低转动惯量、宽频域振荡等新的动态特征，系统功角稳定、频率稳定和电压稳定等问题更加复杂。基于传统同步发电机为主体的系统运行控制理论与技术，难以满足新型电力系统安全运行要求。系统控制的基础理论、分析方法、控制技术亟需全面变革与突破。基于此，本篇文章对新型电力系统中水电的作用及发展规划进行研究，以供参考。关键词：新型电力系统；水电；作用；发展规划引言中国电力系统的最终发展方向是零碳电力能源彻底替代排碳电力能源。因此，解决各阶段“零碳电力满足率”和电力系统“实时平衡、稳定运行”的两大难题，就能解决全社会零碳能源利用难题。构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的关键，但新型电力系统的建设在初期会对现有的调度实时运行模式造成许多影响，诸如新能源装机比例提高造成的调峰资源相对不足、调节灵活性差，众多的分布式新能源加大了水电部门的管理难度，新的市场规则对水电人员的执行提出了更高的要求，新型电力系统实时调度运行困难的问题频频出现。1电力发展一是人均用电水平将进一步提高。中国碳达峰、碳中和目标的实现过程，与中国全面建成小康社会之后、到2035年初步实现现代化、再到2050年建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国的进程处于相同历史时期。在碳达峰、碳中和目标的引领下，低碳化与电气化互为促进，电气化水平将持续提高。二是积极推进支撑新能源发展的新业态发展。主要体现在将会有更多适合于不同大用户、群体用户（园区、大型公共设施、村镇等）的综合能源服务、分布式能源、微电网等继续推进，县域范围的光伏或新能源发展呈多种模式，电源侧、电网侧、用户侧各种新型储能模式以及电动汽车充、换电网络与电网交互融合模式不断创新，新能源制氢或者生产其他能源二次利用模式持续探索，以火电厂尤其燃煤电厂为核心的电能、热能及多种能源（包括制氢、储能、掺烧生物质等）互补，并与循环经济发展（综合利用、活性污染焚烧）综合集成，碳市场与电力市场、用能权、绿证交易市场等融合推进。三是持续推进技术创新。在电源方面，对水电站进行系统性分析，寻找具备条件的水电站进行提高蓄能能力的改造，增加系统调节能力；加大储能技术的开发、工业试验、商业模式创新；加大煤电灵活性改造；加大新一代核电技术应用，加快小型堆技术的商业化应用；充分利用发电侧和用户侧资源，提高系统转动惯量，保障电力系统稳定运行；积极开展碳移除及CCUS技术储备。在电网方面，加强研究电力系统的重构，提高电网的智能化和柔性、韧性；加大通讯网、电网、交通网的融合，提高电力供需耦合；加大电网与分布式微电网的协调技术及运行技术研究；加大防范新的重大能源电力安全风险技术的研究。2新型电力系统规划新问题（1）源-荷不确定性加剧。在电源侧波动性和用户侧含源负荷随机性的共同作用下，不确定性将广泛存在新一代力系统各个环节，如何对源-荷不确定性准确建模，并建立能够体现多样运行场景的电源出力预测和负荷预测方法是支撑新型电力系统规划的前提。（2）碳水平评估。传统规划方法中电源规划是在满足电力平衡的前提下以经济性为目标；电网规划则是在满足一定的稳定性或可靠性要求下，提高方案经济性。碳交易环境下的新型电力系统规划除需考虑可靠性和经济性外，还应将碳水平计入评估体系，其模型的评估决策实质是经济指标、可靠指标和环境指标的三方博弈。如何将碳水平评估问题与电力系统规划决策问题相结合，建立低碳评价体系是支撑新型电力系统规划面临的重要问题。（3）多主体协同规划。传统的电力系统规划一般是电源规划、输电网规划、配电网规划分别进行。而新型电力系统在电源侧、电网侧和负荷侧均具备灵活多变的运行策略，且参与电量平衡的利益主体更多。仅考虑某一环节的规划思路已无法适应源网荷储各环节的互动深度，需要考虑包括储能在内的多主体协同规划理论。3水电在新型电力系统中的作用分析在未来电力系统中，常规水电既要提供基础电量，又要发挥容量功能，是集一、二次能源于一体且具有长周期储能特性的蓄能电站。抽水蓄能电站立足于规模占比最高的储能资源，定位于服务新能源快速发展，是建设新型电力系统的支撑性电源之一。其新的重要作用体现在三个方面：一是增强电力系统调节能力。抽水蓄能电站启停灵活、调节速度快、跟踪负荷能力强，是目前大规模最具灵活性的电源，在系统中可以充分发挥调峰填谷、调频、快速跟踪负荷、事故备用、无功调节等作用，提高系统供电质量。二是发挥储能作用。与新能源联合协调运行，显著提高新能源资源利用率，有效缓解弃风、弃光。与核电配合运行，保障稳定运行，提高其运行效益、安全性和经济性。通过削峰填谷，减小系统火电调峰幅度，改善煤电机组运行条件，降低系统燃料消耗与运行成本，提高系统运行经济性。三是保障电网安全运行。作为负荷中心区域或电力输送的支撑电源，增强电力系统应对事故的能力，保障电力系统安全可靠和稳定运行；提供物理转动惯量，提升系统抗扰动能力。抽水蓄能电站可在无外界帮助的情况下使电力系统在较短时间内恢复供电能力。4展望分析1）新型电力系统是以风电、光伏发电为主要构成的电力系统，由于新的主力电源具有波动性、随机性、间歇性等特点，必然给电力系统所必需的“实时平衡、稳定运行”要求带来前所未有的严峻挑战。2）解决新型电力系统“实时平衡、稳定运行”需要大数据、云平台、5G以上通讯网络、超级计算、智能电力系统、超大规模储能系统等技术的支撑，其中储能是最具基础性的。3）从当前技术水平来看，有研究价值的储能技术只有具备“技术具可行性、经济可市场化、前景可规模化”三者兼具的抽水蓄能、化学储能、氢储能共三种储能形式。4）真正能够广泛应用的是化学电池储能、抽水蓄能两种储能形式和抽水蓄能电站、化学电池储能电站、换电站三种应用场景。5）面对“实时平衡、稳定运行”中供需实时平衡的问题，应该以抽水蓄能电站、化学储能电站、换电站、风光冗余装机四方面组合的解决方案为主，其他储能和调节措施为辅。结束语目前国内外针对新一代电力系统低碳规划问题的研究仍处于起步阶段，需要进一步的完善和发展。本文从源-荷不确定性加剧、碳水平评估、多主体协同规划，水电在新型电力系统中的作用几个方面对新型电力系统规划新问题进行了分析，探索出合理有效的解决思路，通过对新型电力系统规划的基础模型与流程框架，以及支撑新型电力系统规划的关键技术领域研究成果的研究，以期为低碳发展目标下的电网规划决策研究提供参考。参考文献[1]司大军.“新型电力系统下新能源与大负荷特性与控制”特约专栏寄语[J].云南电力技术,2020,49(04):1.[2]刘俊鹏.考虑净负荷矩不确定性的新型电力系统分布鲁棒优化调度[D].长沙理工大学,2020.