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新一轮能源革命下中国电网发展趋势和定位分析

北极星输配电网  来源:《中国电力》杂志    2018/9/3 10:03:57  我要投稿  

北极星输配电网讯:摘要:新一轮能源革命下电网的发展将在电力系统传统功能基础上进一步扩展和丰富。在对新一轮能源革命内涵的深刻剖析基础上,借助电力系统优化规划模型对未来多元能源供应系统进行探索,预判未来能源发展格局。结合技术、经济、制度、环境等因素,识别影响电网发展的关键因素,通过构建电网功能定位模型,运用SWOT-AHP分析电网发展的内外部环境,构建相应的指标体系量化分析电网发展的战略定位,提出电网功能与形态转变的方向。结果表明,未来电网的电力传输功能向更大容量、更安全、更智能的方向发展,并呈现综合能源互联互补的高级形态,电网将为社会提供多元化、立体式、智能化服务。

关键词:能源互联网 新一轮能源革命 电网发展 影响因素 功能形态 电网功能定位模型

引言

随着世界能源可持续供应压力不断增大,加之气候变化和环境污染问题严峻,转变能源开发利用的方式、推动能源新技术应用、构建新型能源体系成为世界能源发展的方向[1]。新型能源体系将以能源互联网为依托,以电力系统为核心纽带,实现横向“多源互补”、纵向“源-网-荷-储”协调,能源与信息高度融合的新体系。系统中,电网是最为完善、具有极强可延展性的能源网络,可以实现能量大范围、远距离输送,从而实现资源的优化配置[2]。在当前经济转型升级、能源格局变革的新形势下,从经济、体制机制、社会、技术等多方面预判能源变革形势,分析未来中国电网的发展趋势和功能定位变化十分必要。

对于能源电力系统和电网发展,多数研究聚焦于能源格局演变[3-6]、输配电的技术发展[7-8]、电力系统运行技术[9-11]、电网控制技术[12-13]等技术方面。本文聚焦于贯穿发-输-配电的电力系统全环节的广义电网,分析新一轮能源革命下的多元能源供应体系和电力流格局,构建电网功能定位模型研究能源革命发展过程中电网的战略定位,提出未来电网在经济社会中的功能与形态转变方向。

1 新一轮能源革命内涵

1.1 能源革命内涵

在全球面临能源资源危机、气候变化和环境污染等问题的背景下,世界各国开始探索以更加经济、高效、清洁的方式满足经济社会发展需求的路径,新旧能源系统逐步更迭过程催发了新一轮能源革命。这一过程将以优化能源结构、提高能源效率、促进节能降耗、共享社会资源、实现可持续发展为目标,涵盖能源开发、生产、加工、转换、配置、消费和管理等各个环节,涉及经济、社会、政治、文化、生态诸多方面,如图1所示。清洁低碳是新一轮能源革命的主要方向,再电气化是新一轮能源革命的重要特点,电能将在推动人类能源利用从以化石能源为主向以清洁能源为主的战略转型中发挥核心作用[14]。

 

图 1 新一轮能源革命框架

1.2 中国能源革命新特征

当前中国已从被动接受全球能源治理规则向主动参与和建设国际秩序转变,国际影响力空前提升。但是,中国在国际能源事务上尚处于能力建设阶段,同时也面临诸多国际关系变化带来的风险,因此中国能源革命呈现出新特征。

一是中国经济调整赶超能源结构调整。目前中国已经进入工业化后期后半阶段,但是能源结构仍处于以煤炭为主的第二轮能源革命阶段,以煤为主的能源结构长期没有得到改变。二是中国能源革命中政策发挥着显著的推动作用。在中国能源供给进程中,国家在不同阶段出台多项政策和制度保障能源供应、促进结构调整,推动能源产业发展。正是由于这些政策的引导和推动,弥补了中国低成本高速度发展的技术限制和经济限制,在一定程度上推进了能源革命的进程。三是中国能源革命具有引领示范作用。中国正积极推动全球气候变化应对行动和能源治理,落实全球能源互联网中国倡议,促进绿色低碳发展,中国的能源革命有望引领全球能源革命。

2 新一轮能源革命下多元能源供应体系

2.1 分析思路和方法

在新一轮能源革命背景下,基于新能源革命和社会经济等关键要素,考虑碳排放约束,并依据经济性、合理性原则,运用电力系统整体优化规划(GESP-IV)模型,模拟未来多元能源格局和供应体系,分析未来清洁能源开发利用、电力流等情况的趋势,从而分析新一轮能源革命对电网的影响。本文的分析思路和方法框架如图2所示。

运行分析的边界条件主要是未来所研究水平年(2030年、2050年)的电源、电网、负荷方案。本文结合国家非化石能源战略目标、新能源规划目标等约束条件,综合考虑当前经济“新常态”情况以及未来经济发展形势、人口增速、技术条件等,测算新能源开发规模、电源布局等。为更加真实模拟风、光出力的间歇性对系统运行的影响,本文选择中国2015年全年8 760 h的省级历史数据出力特性代替典型日,进行全年的时序电力生产模拟。

优化模型的目标函数为规划期内(多周期,各周期计算一次电力电量平衡)各地区、各类资源的供电成本(投资+运行-余值)总和最小,跨区电力流按电力供应成本最低原则确定跨区交换规模。同时考虑电力电量平衡、发电能源平衡、分区域接纳分布式电源能力、调峰平衡、环境减排要求等约束条件。

 

图 2 多元能源供应系统分析方法框架

2.2 多元能源供应体系

基于电力系统规划模型模拟,未来新能源比重逐渐提高。2050年全国有效装机容量超过22.4亿kW,其中传统化石能源装机比重约为20%,常规非化石能源装机比重约为14.5%,新能源装机比重约为54%。

2050年风、光等间歇式电源电量比重将达到40%,某些时段某些地区间歇式电源供应比重甚至将达到80%以上。与冬季相比,秋季的电力负荷较低,在系统消纳高比例的风、光等间歇式电源时面临的压力更大。运行困难一般发生在需求的低谷期,包括春、秋季的夜间时段。

未来煤电的功能定位从电量型电源转向电力型电源,全年利用小时数约2 300 h,多用来满足由间歇式电源发电随机波动、电力负荷峰谷差持续加大等因素带来的系统调节需求。将全年分为4个季节,统计各个季节的煤电利用情况,发现在春、秋季负荷较低时,煤电的利用小时数折算为2 000 h,低于冬、夏季折算的利用小时数2 500 h。因此,需要各类电源侧、电网侧、负荷侧措施和技术协调配合,才能满足高比例的间歇式电源带来的实时运行层面的巨大挑战。

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