高比例光伏發(fā)電對(duì)浙江電網(wǎng)電力平衡的影響及應(yīng)對(duì)策略

張 思，楊曉雷，闕凌燕，梁梓楊，郭超

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州 310007；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；3.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，杭州 310027）

0 引言

為應(yīng)對(duì)氣候變化，推進(jìn)全球生態(tài)文明建設(shè)，中國(guó)將提高國(guó)家自主共享力度，提出碳排放“3060”目標(biāo)，力爭(zhēng)碳排放2030 年前達(dá)到峰值，并努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和［1］。碳達(dá)峰、碳中和是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，電力行業(yè)肩負(fù)著重要的歷史使命。相比于其他能源行業(yè)，電力行業(yè)碳排放占全國(guó)總量的39%，處于較高水平［2］。因此，為支撐“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，減碳將成為電力系統(tǒng)未來發(fā)展的主要方向。而具體在能源結(jié)構(gòu)方面，以化石能源為主體的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，如到2030 年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、光伏發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億kW以上［3］。

光伏發(fā)電作為最早被開發(fā)利用的清潔能源，裝機(jī)容量在近20 年出現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)，截至2019年，中國(guó)太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)204 GW，全國(guó)光伏發(fā)電量達(dá)到2 243億kWh［4］，位居世界第一。且根據(jù)估算，在新型電力系統(tǒng)中，光伏裝機(jī)占比將達(dá)到50%，成為第一大電源［5］。然而隨著光伏裝機(jī)容量的增加，電力系統(tǒng)的運(yùn)行特征也將發(fā)生變化，這對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行提出了更高要求。文獻(xiàn)［6］針對(duì)光伏等可再生能源接入后的電網(wǎng)特征進(jìn)行了總結(jié)。文獻(xiàn)［7］分析了高比例光伏接入后對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰的影響，認(rèn)為光伏對(duì)午間負(fù)荷高峰具有一定的電力支撐作用，而對(duì)晚間負(fù)荷高峰則貢獻(xiàn)極低，但高比例的光伏發(fā)電則導(dǎo)致午間負(fù)荷過低，增大系統(tǒng)峰谷差，給常規(guī)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行造成巨大的壓力，增加系統(tǒng)調(diào)峰難度。文獻(xiàn)［8］則對(duì)高比例光伏接入后的爬坡靈活性進(jìn)行了評(píng)估，得出光伏的接入極大地增加了系統(tǒng)對(duì)向上爬坡的靈活性需求。除了上述對(duì)平衡調(diào)節(jié)及靈活性提出了全新的要求外，光伏的大規(guī)模接入也使得系統(tǒng)的可靠運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)。相比于傳統(tǒng)的化石能源機(jī)組，光伏發(fā)電具有不確定性，其有效容量約為10%～20%，即存在電力負(fù)荷高峰時(shí)無法提供有效電力支撐的可能，因此在一定程度上也可能導(dǎo)致電力缺額的危機(jī)，影響到電力系統(tǒng)的可靠性［9-10］。

針對(duì)上述高比例光伏接入帶來的問題，學(xué)者對(duì)其解決方法也進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［11］建立了考慮靈活性相關(guān)約束的優(yōu)化模型，結(jié)果表明相關(guān)處理方法可有效提高新能源的消納能力。考慮源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源的協(xié)調(diào)運(yùn)行，文獻(xiàn)［12］建立了利用源網(wǎng)荷側(cè)綜合靈活性的優(yōu)化調(diào)度模型。基于綜合能源系統(tǒng)的框架，文獻(xiàn)［13-14］通過對(duì)多類能源進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，挖掘了電力系統(tǒng)更多的靈活運(yùn)行空間。文獻(xiàn)［15-16］則從市場(chǎng)角度出發(fā)，通過市場(chǎng)機(jī)制引導(dǎo)提升電力系統(tǒng)的靈活性。而針對(duì)光伏的可用問題，文獻(xiàn)［10］對(duì)其置信區(qū)間進(jìn)行了相關(guān)分析。以上文獻(xiàn)為高比例光伏接入下的電力系統(tǒng)運(yùn)行問題提供了十分寶貴的參考，但是現(xiàn)階段對(duì)高比例光伏接入下的電網(wǎng)實(shí)際影響分析相對(duì)缺乏，未能從實(shí)際出發(fā)總結(jié)面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)方法。

圍繞國(guó)家清潔能源示范省建設(shè)的要求，浙江省光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，裝機(jī)容量不斷提升，截至2020 年末，浙江全省光伏裝機(jī)1 497.5 萬kW，其中分布式光伏裝機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)超過1 000萬kW［17］。高比例光伏接入持續(xù)提高了電力平衡的不確定性，對(duì)浙江電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行產(chǎn)生了巨大影響。探討光伏發(fā)電帶來的影響，分析電網(wǎng)在近期和未來將面臨的挑戰(zhàn)，總結(jié)相應(yīng)的解決辦法，是浙江電網(wǎng)建設(shè)新型電力系統(tǒng)過程中亟待研究解決的重大問題。

為此，本文在已有針對(duì)光伏發(fā)電接入對(duì)電力系統(tǒng)影響研究的基礎(chǔ)上，對(duì)高比例光伏發(fā)電對(duì)浙江電網(wǎng)發(fā)用電平衡的影響及應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行總結(jié)及分析，為浙江省新型電力系統(tǒng)發(fā)展提供參考。首先，基于浙江電網(wǎng)的特點(diǎn)，從典型負(fù)荷曲線、電力平衡及光伏發(fā)電支撐三方面分析高比例光伏接入對(duì)浙江電網(wǎng)的影響。然后，在已知影響的基礎(chǔ)上，從短期和中長(zhǎng)期兩個(gè)時(shí)間尺度闡述了浙江電網(wǎng)面臨的相關(guān)挑戰(zhàn)。最后，結(jié)合相關(guān)挑戰(zhàn)，提出可適應(yīng)未來高比例光伏接入環(huán)境下光伏有效消納及保證電力平衡的應(yīng)對(duì)策略。

1 浙江電網(wǎng)現(xiàn)狀

2020年，浙江全社會(huì)用電量4 830億kWh，同比增長(zhǎng)2.62%；全社會(huì)最大負(fù)荷9 268 萬kW，同比增長(zhǎng)8.82%；尖峰負(fù)荷95%以上累計(jì)時(shí)間51 h，占比0.58%。

電源方面，2020 年底，浙江全口徑裝機(jī)容量10 142 萬kW，其中，調(diào)度口徑裝機(jī)容量8 323 萬kW，統(tǒng)調(diào)口徑裝機(jī)容量6 356萬kW，調(diào)節(jié)資源以火電機(jī)組（含燃?xì)鈾C(jī)組）為主。近年來，浙江光伏發(fā)電發(fā)展迅速，全社會(huì)口徑光伏裝機(jī)容量達(dá)到1 517 萬kW，成為僅次于火電的第二大電源。浙江省光照條件屬于三類資源區(qū)，年有效利用小時(shí)數(shù)約1 000 h，低于全國(guó)平均水平。

受電方面，浙江電網(wǎng)通過2 回±800 kV 直流特高壓分別與四川電網(wǎng)和寧夏電網(wǎng)相連，通過6回1 000 kV 交流特高壓和9 回500 kV 線路與華東電網(wǎng)其他三省一市相連，省際電力交互頻繁復(fù)雜。浙江是電力受入大省，2020 年，浙江電網(wǎng)最大受電電力3 364萬kW，占全社會(huì)最大負(fù)荷的36.3%。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方面，浙江電網(wǎng)目前已基本建成以“兩交兩直”特高壓為核心、以“東西互供、南北貫通”的500 kV電網(wǎng)為骨干、以沿海電源群為支撐的堅(jiān)強(qiáng)主網(wǎng)架。

2 高比例光伏接入對(duì)浙江電網(wǎng)的影響

2.1 典型負(fù)荷曲線

在高比例光伏發(fā)電接入的背景下，浙江省典型負(fù)荷曲線出現(xiàn)新的特征。此處定義系統(tǒng)凈負(fù)荷為統(tǒng)調(diào)負(fù)荷減去統(tǒng)調(diào)光伏出力，表征除去光伏出力后的系統(tǒng)負(fù)荷。在天氣晴好、光伏大發(fā)情況下，大量的光伏資源使得全社會(huì)負(fù)荷、調(diào)度負(fù)荷和統(tǒng)調(diào)負(fù)荷在光伏發(fā)電出力時(shí)段的差距越來越大，這也導(dǎo)致浙江省系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線逐漸接近于CAISO（加州電力市場(chǎng)）所提出的“鴨子曲線”模型［18-19］。

光伏出力較高日的典型負(fù)荷曲線如圖1 所示。在該曲線中，浙江電網(wǎng)全社會(huì)負(fù)荷呈現(xiàn)午、晚雙高峰，但系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線出現(xiàn)了較大變化。一是負(fù)荷整體特征發(fā)生了變化，系統(tǒng)凈負(fù)荷午間高峰不再出現(xiàn)，全天的負(fù)荷高峰出現(xiàn)在晚間，且12：00—16：00的系統(tǒng)凈負(fù)荷呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在光伏出力最大時(shí)段出現(xiàn)了全天的負(fù)荷低谷，且峰谷差也有所增加，最小負(fù)荷率下降；二是負(fù)荷變化更加快速，全社會(huì)負(fù)荷較大功率變化出現(xiàn)在4：00—12：00，變化相對(duì)緩慢。而對(duì)于系統(tǒng)凈負(fù)荷，功率的最大變化出現(xiàn)在光伏發(fā)電出力下降時(shí)段（15：00—20：00），此時(shí)負(fù)荷功率在變化更加快速的同時(shí)，變化幅值也有所增加。

圖1 浙江電網(wǎng)疫情期間典型負(fù)荷曲線

2.2 電力供應(yīng)變化

高比例光伏的接入對(duì)電力供應(yīng)產(chǎn)生了顯著影響，尤其是對(duì)其他電源的調(diào)節(jié)性能提出了更高的要求，其中外來電的有效調(diào)節(jié)是電力平衡過程中一個(gè)重要變化。以典型負(fù)荷日的電力供應(yīng)情況為例描述高比例光伏接入對(duì)其影響，全天各電源供應(yīng)情況如圖2所示。

圖2 各電源供應(yīng)情況

如圖2所示，在負(fù)荷變化和光伏出力變化的過程中，外來電與火電出力需相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，以保證光伏的有效消納以及電力平衡。如在8：00 之后，光伏出力開始增加，為了提供足夠的光伏消納空間，火電和外來電分別先后向下調(diào)整3 711 MW和2 625 MW出力；而在15：00之后，光伏出力快速下降，調(diào)度負(fù)荷快速上升，在晚間出現(xiàn)負(fù)荷高峰，此時(shí)作為主要調(diào)節(jié)電源的外來電和火電開始快速調(diào)整出力，以彌補(bǔ)光伏出力減少后的功率缺額，外來電和火電最大提供了3 051 MW 和2 377 MW的出力調(diào)整。此外，除了外來電與火電兩大調(diào)節(jié)電源，水電也在維持電力平衡中提供了一定的調(diào)節(jié)能力。但在這一調(diào)節(jié)過程中，外來電與火電是最主要的平衡調(diào)節(jié)承擔(dān)者，其中外來電的調(diào)節(jié)靈活性極大緩和了浙江電力系統(tǒng)的光伏消納壓力和平衡壓力。如果外來電不參與調(diào)節(jié)，火電將需要承擔(dān)最大超過5 000 MW的出力調(diào)整，需要火電機(jī)組擁有更充足的靈活性。

2.3 光伏發(fā)電支撐

浙江光伏發(fā)電裝機(jī)容量不斷提升，已成為第二大電源，其有效的發(fā)電支撐能力對(duì)電力平衡也將產(chǎn)生顯著影響。光伏發(fā)電出力嚴(yán)重依賴光照強(qiáng)度等天氣因素，出力具有不確定性，難以按照計(jì)劃給定出力納入到平衡計(jì)劃中。尤其是在時(shí)間跨度較長(zhǎng)的電力平衡計(jì)劃制定中，較長(zhǎng)時(shí)間的天氣預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率較低，無法準(zhǔn)確獲取光伏發(fā)電出力，導(dǎo)致光伏發(fā)電對(duì)電力平衡的實(shí)際支撐情況難以確定，對(duì)其他電源的計(jì)劃安排造成了一定的難度。

目前，常規(guī)做法是將對(duì)光伏發(fā)電參與平衡支撐的可用容量設(shè)置為20%（有效容量），即認(rèn)為有80%的裝機(jī)容量為因光照資源不足的受阻容量。但浙江歷史光伏出力數(shù)據(jù)表明，光伏在不同時(shí)間對(duì)電力平衡的支撐影響有所差異。

圖3展示了浙江省光伏兩個(gè)典型時(shí)間段（10：00和16：00）的支撐能力，其中采用光伏發(fā)電平均容發(fā)比（平均出力/裝機(jī)）、容發(fā)比波動(dòng)率（容發(fā)比標(biāo)準(zhǔn)差）兩個(gè)指標(biāo)來量化和描述光伏對(duì)電力平衡支撐的影響。平均容發(fā)比越高，表示光伏發(fā)電對(duì)電力平衡的支撐程度越高；光伏容發(fā)比波動(dòng)率越低，表示歷史出力較為相近，變化不大，光伏發(fā)電對(duì)發(fā)用電平衡的支撐越穩(wěn)定。

圖3 各時(shí)段光伏平均容發(fā)比及容發(fā)比波動(dòng)率

從時(shí)間上看，不同月份10：00的平均容發(fā)比都比16：00高，這與10：00的光照強(qiáng)度更高有關(guān)。此外，平均容發(fā)比呈現(xiàn)雙峰的特性，4 月、5 月、8月的容發(fā)比較其他月份要高，其中8月光伏對(duì)電力平衡的支撐程度最高，可達(dá)到48%，且該月的容發(fā)比波動(dòng)率較小，能夠較為穩(wěn)定地提供功率支撐。此外，冬季光伏對(duì)電力平衡的支撐程度較差，如1月、11 月、12 月的平均容發(fā)比低于其他月份，部分時(shí)間甚至處于10%左右。冬季的容發(fā)比波動(dòng)率也相對(duì)較大，有較大可能出現(xiàn)容發(fā)比更小的情況，難以穩(wěn)定地為電力平衡提供支撐。

3 高比例光伏背景下發(fā)用電平衡面臨的挑戰(zhàn)

3.1 短期平衡方面

首先，天氣晴好時(shí)，傳統(tǒng)的午間用電高峰電力平衡相對(duì)寬松，而晚間平衡更為緊張。陰雨天氣時(shí)，光伏發(fā)電能力下降，全天將出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的電力平衡緊張。日前電力平衡和電網(wǎng)調(diào)峰形勢(shì)變得越來越復(fù)雜，給日前電力電量平衡和檢修計(jì)劃安排帶來巨大挑戰(zhàn)。

其次，高比例的光伏接入對(duì)備用安排也提出了更高要求。在運(yùn)行過程中，備用作為維持電力平衡的輔助手段，電力系統(tǒng)需要留有足夠的旋轉(zhuǎn)備用，以應(yīng)對(duì)發(fā)電不確定性和波動(dòng)性帶來的功率變化，但是高比例的光伏接入使得傳統(tǒng)僅由發(fā)電機(jī)組提供的備用面臨不足的危機(jī)。為此，電力系統(tǒng)需要在確保電力平衡的同時(shí)，合理制定備用容量，挖掘備用供應(yīng)資源，維持合理的備用水平。

3.2 中長(zhǎng)期平衡方面

在“雙碳”目標(biāo)下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。光伏發(fā)電將成為未來電源結(jié)構(gòu)中的重要主體，其對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響將更為顯著，在靈活性和容量可用性方面的要求將對(duì)電力平衡構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。

首先，負(fù)荷“鴨子曲線”特征顯著，對(duì)系統(tǒng)的靈活性供應(yīng)提出巨大挑戰(zhàn)。高比例光伏的接入意味著午間、下午時(shí)段的凈負(fù)荷變得更低，且持續(xù)時(shí)間變得更長(zhǎng)（曲線腹部變深、變長(zhǎng)），而在傍晚時(shí)段光伏出力快速下降，在短時(shí)間內(nèi)凈負(fù)荷將會(huì)快速爬升，直至出現(xiàn)凈負(fù)荷高峰。這一過程中，電力系統(tǒng)需要擁有足夠的向下調(diào)節(jié)靈活性，以在午間提供充足的光伏消納空間；同時(shí)也亟需向上調(diào)節(jié)靈活性，以確保在光伏出力減少后可以快速填補(bǔ)光伏出力的空間，保證傍晚時(shí)段的電力平衡。

此外，光伏發(fā)電的不確定性，以及其他傳統(tǒng)電源裝機(jī)比例的下降，使得電力系統(tǒng)的有效容量有所減少，電力平衡的壓力日漸增大。光伏發(fā)電對(duì)系統(tǒng)凈負(fù)荷產(chǎn)生巨大影響，以2025 年預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為例，晴天和陰雨天條件下的系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線如圖4所示。晴好天氣光伏出力較高，系統(tǒng)凈最高負(fù)荷僅為8 600 萬kW；陰雨天氣下光伏出力較低，系統(tǒng)凈最高負(fù)荷達(dá)到9 450 萬kW。兩種天氣下光伏發(fā)電的不同導(dǎo)致系統(tǒng)凈負(fù)荷最大變化空間達(dá)到1 290 萬kW。隨著光伏容量的增加，這一變化空間將會(huì)持續(xù)拉大，若無法利用其他方法填補(bǔ)容量缺額將導(dǎo)致電力缺供，造成電能斷供的局面。因此，電力系統(tǒng)有效容量供應(yīng)能力將會(huì)是未來高比例光伏背景下電力平衡所面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)。

圖4 2025年浙江電網(wǎng)不同條件下的系統(tǒng)凈負(fù)荷預(yù)測(cè)

4 應(yīng)對(duì)策略

4.1 短期應(yīng)對(duì)方法

4.1.1 提升新型電力系統(tǒng)的電力平衡能力

在高比例的光伏接入環(huán)境下，系統(tǒng)凈負(fù)荷特性發(fā)生變化，尤其是系統(tǒng)凈負(fù)荷高峰時(shí)刻與傳統(tǒng)認(rèn)為的負(fù)荷高峰時(shí)刻有所不同，調(diào)度機(jī)構(gòu)需識(shí)別系統(tǒng)凈負(fù)荷高峰，優(yōu)化外來電、氣電和儲(chǔ)能等靈活調(diào)節(jié)資源，制定合理的調(diào)度計(jì)劃，提高新型電力系統(tǒng)平衡能力。開展風(fēng)光水氣儲(chǔ)短期協(xié)同聯(lián)合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光水氣儲(chǔ)一體化互補(bǔ)調(diào)節(jié)，保障多時(shí)間尺度電力供需平衡。

4.1.2 提升預(yù)測(cè)技術(shù)

精準(zhǔn)的負(fù)荷和新能源功率預(yù)測(cè)是電力平衡的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。功率預(yù)測(cè)在丹麥、德國(guó)、美國(guó)等新能源發(fā)達(dá)國(guó)家有著廣泛應(yīng)用，為新能源調(diào)度、消納提供了重要技術(shù)支撐。以風(fēng)電預(yù)測(cè)為例，丹麥早在上世紀(jì)90年代便開發(fā)出一套風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，歷經(jīng)Prediktor、WPPT 等多代預(yù)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，當(dāng)前最新的預(yù)測(cè)系統(tǒng)Zephry 已被丹麥大多數(shù)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商使用。德國(guó)使用自己開發(fā)的WPMS系統(tǒng)預(yù)測(cè)風(fēng)電出力，預(yù)測(cè)精度較高，其8 h預(yù)測(cè)均方根誤差最低可達(dá)7%，使得電網(wǎng)調(diào)度部門可制定相對(duì)準(zhǔn)確的日前調(diào)度計(jì)劃，2014 年德國(guó)全年棄風(fēng)量?jī)H1%［20］。隨著各種算法在負(fù)荷、風(fēng)光預(yù)測(cè)上研究的深入，預(yù)測(cè)方法越來越多，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等對(duì)數(shù)據(jù)敏感的方法有效提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性［21-22］。

4.1.3 提高機(jī)組靈活調(diào)節(jié)能力

燃煤、燃?xì)獾劝l(fā)電機(jī)組作為維持電力系統(tǒng)平衡的重要基石，其靈活調(diào)節(jié)能力將極大影響到光伏的消納以及電力系統(tǒng)的安全。浙江省統(tǒng)調(diào)燃煤發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量占比達(dá)到68%，而靈活性電源如燃?xì)?、水電和抽蓄等機(jī)組僅占有22%的裝機(jī)容量，在高比例光伏接入的背景下，已有資源將面臨靈活性不足的壓力。在“雙碳”目標(biāo)下，對(duì)占比較高的燃煤機(jī)組進(jìn)行靈活性改造，推動(dòng)現(xiàn)有機(jī)組向高靈活、高承載轉(zhuǎn)型將會(huì)是解決系統(tǒng)靈活性需求的重要手段［23］。德國(guó)還對(duì)其傳統(tǒng)燃煤機(jī)組進(jìn)行了靈活性改造，允許其向下調(diào)節(jié)到最高出力的40%，從而為系統(tǒng)提供了更充足的靈活性［24］。同時(shí)，核電作為零碳排放的發(fā)電資源，在浙江省未來建設(shè)新型電力系統(tǒng)過程中扮演著重要角色，大量核電僅承擔(dān)基荷將會(huì)給電力系統(tǒng)帶來巨大的調(diào)節(jié)壓力，為此，需要進(jìn)一步挖掘核電的靈活調(diào)節(jié)能力，使得核電能夠有效跟隨負(fù)荷變化，為電力系統(tǒng)提供其調(diào)節(jié)靈活性［25］。

4.1.4 充分運(yùn)用需求側(cè)資源

隨著電力需求側(cè)管理技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)負(fù)荷側(cè)進(jìn)行管理是維持電力系統(tǒng)平衡的重要手段，通過采取各種措施引導(dǎo)用戶優(yōu)化用電方式，不僅可以平抑用電負(fù)荷的波動(dòng)性，減小負(fù)荷的峰谷差，提高電網(wǎng)利用效率，還可以通過調(diào)動(dòng)負(fù)荷側(cè)的響應(yīng)資源來滿足系統(tǒng)靈活性需求，保障系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，促進(jìn)更多可再生能源的利用。德國(guó)“降低負(fù)荷”需求響應(yīng)的資源潛力約占德國(guó)最高負(fù)荷的17%，“提升負(fù)荷”需求響應(yīng)的資源潛力約占最高負(fù)荷的40%，這為德國(guó)高比例新能源電力系統(tǒng)的平衡問題提供了解決手段，并提高了電力系統(tǒng)的靈活性［24］。為應(yīng)對(duì)夏季負(fù)荷高峰，浙江電網(wǎng)計(jì)劃全省儲(chǔ)備用戶側(cè)削峰響應(yīng)能力1 000萬kW以上，即時(shí)響應(yīng)能力200～300萬kW，有效應(yīng)對(duì)電力平衡緊張問題［26］。充分挖掘負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)資源，對(duì)其進(jìn)行常態(tài)化應(yīng)用管理，將有效緩解電源端調(diào)節(jié)及平衡壓力，提高應(yīng)對(duì)高比例光伏接入下電力平衡問題的能力。

4.1.5 推動(dòng)資源市場(chǎng)化交易

浙江省作為電力現(xiàn)貨市場(chǎng)首批試點(diǎn)地區(qū)之一，在電力市場(chǎng)建設(shè)的機(jī)遇下，推動(dòng)相關(guān)資源進(jìn)行市場(chǎng)化交易可更好地應(yīng)對(duì)目前的電力平衡壓力、靈活性供需緊張等問題。在交易品種方面，引入如調(diào)峰和備用等面向多主體參與的平衡調(diào)節(jié)、靈活性調(diào)節(jié)交易產(chǎn)品；在交易方式方面，組織開展方式多樣化的電力交易，確保市場(chǎng)主體可通過多種方式有效參與到系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)過程中；在價(jià)格機(jī)制方面，確立合適的價(jià)格形成機(jī)制、資金分配結(jié)算方法，形成有效的價(jià)格信號(hào)及經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)可促進(jìn)市場(chǎng)主體的參與，為系統(tǒng)提供更多的可用資源來應(yīng)對(duì)電力平衡上的問題。

4.2 中長(zhǎng)期應(yīng)對(duì)方法

4.2.1 合理考慮將光伏發(fā)電納入平衡的比例

針對(duì)中長(zhǎng)期平衡問題，合理地按季節(jié)考慮將光伏發(fā)電納入平衡的比例尤為重要。根據(jù)浙江電網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，光伏發(fā)電有較強(qiáng)的季節(jié)性特性，簡(jiǎn)單地采用單一固定常數(shù)將光伏納入平衡有失妥當(dāng)。采用過高的系數(shù)將光伏納入平衡中可能導(dǎo)致計(jì)劃過于樂觀，實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)電力缺供的情況；而過低的系數(shù)可能導(dǎo)致光伏發(fā)電無法被完全消納，出現(xiàn)棄光的現(xiàn)象，因此需要充分考慮光伏發(fā)電的季節(jié)性特性。同時(shí)，為應(yīng)對(duì)系統(tǒng)凈負(fù)荷高峰和用電負(fù)荷高峰非同期問題，需要增加16：00和19：00等系統(tǒng)凈負(fù)荷高峰時(shí)刻的電力平衡分析。

4.2.2 構(gòu)建容量補(bǔ)償機(jī)制和靈活資源補(bǔ)償機(jī)制

大量零邊際成本電源參與市場(chǎng)，現(xiàn)貨價(jià)格將進(jìn)一步降低，致使傳統(tǒng)電源的投資收益大幅下降，未來投資意愿將持續(xù)降低。在光伏等新能源高速發(fā)展的情況下，長(zhǎng)期發(fā)電容量、靈活資源充裕性問題變得更加突出。選擇合適的容量、靈活資源補(bǔ)償機(jī)制可確保相關(guān)資源投資的合理回報(bào)，保護(hù)容量、靈活性供應(yīng)方面投資的積極性。在容量保障方面，目前國(guó)外電力市場(chǎng)常用的容量補(bǔ)償機(jī)制主要有稀缺電價(jià)機(jī)制、容量補(bǔ)貼機(jī)制、容量市場(chǎng)機(jī)制［27］。在靈活性資源保障方面，CAISO 等地區(qū)電力市場(chǎng)皆設(shè)計(jì)了針對(duì)靈活性交易的FRP（靈活性爬坡產(chǎn)品），通過市場(chǎng)化交易保證靈活性資源供應(yīng)主體的收益［15-16，28］。針對(duì)不同的市場(chǎng)特點(diǎn)需設(shè)計(jì)相應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)制，此外還需要完善相應(yīng)的配套措施，包括充裕度評(píng)估機(jī)制、信息披露機(jī)制、成本監(jiān)審機(jī)制、市場(chǎng)力監(jiān)控機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避機(jī)制等，以更好地配合補(bǔ)償機(jī)制的構(gòu)建。

4.2.3 推動(dòng)省際間電力互補(bǔ)支撐

在全國(guó)開展省際間電力市場(chǎng)協(xié)同運(yùn)行的契機(jī)下，充分利用各省“能源結(jié)構(gòu)互補(bǔ)、高峰錯(cuò)時(shí)互濟(jì)”的特點(diǎn)，積極開展省際間電力交易，發(fā)揮大電網(wǎng)資源配置，打破省際間壁壘，通過加強(qiáng)、完善省際間戰(zhàn)略合作和建立健全中長(zhǎng)期省際間交易機(jī)制，充分利用浙江“兩交兩直”的特高壓聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，將可為高比例光伏接入的電力系統(tǒng)提供充足的電力電量支撐。尤其是在短期電力負(fù)荷較高、光伏發(fā)電不足、省內(nèi)常規(guī)電源供應(yīng)不足的情況下，通過省際間交易機(jī)制，開展應(yīng)急調(diào)度交易，可有效填補(bǔ)電力平衡時(shí)遇到的功率缺額，保證浙江電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

4.2.4 充分利用綜合智慧能源系統(tǒng)

綜合能源系統(tǒng)可對(duì)多類能源進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，使不同能源之間能夠相互替代，從而為元件、能源系統(tǒng)產(chǎn)生更大的可行域和彈性空間，是解決高比例光伏消納問題的有效途徑［29］。在電-熱綜合能源系統(tǒng)中，通過電能和熱能的相互轉(zhuǎn)換，可“解放”以熱定電運(yùn)行的CHP（熱電聯(lián)供系統(tǒng)）機(jī)組，使之能夠更靈活地應(yīng)對(duì)可再生能源的波動(dòng)性和不確定性。在電-氣綜合能源系統(tǒng)中，通過電能和天然氣的相互轉(zhuǎn)換，且利用天然氣可存儲(chǔ)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷和燃?xì)鈾C(jī)組的靈活調(diào)節(jié)，為高比例光伏接入的消納創(chuàng)造更多的空間［29］。在需求側(cè)，傳統(tǒng)的電力需求響應(yīng)將變化至綜合能源系統(tǒng)的綜合需求響應(yīng)［30］，用戶側(cè)可根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格或者激勵(lì)調(diào)整自身的用能行為，增加自身用能彈性，為系統(tǒng)提供更充足的靈活調(diào)節(jié)能力來消納光伏等可再生能源。

5 結(jié)語

在國(guó)家多項(xiàng)政策的扶持下，浙江省光伏裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，目前已成為僅次于火電的第二大裝機(jī)電源，在碳排放“3060”目標(biāo)下，光伏裝機(jī)比例將會(huì)進(jìn)一步增加，而其所具有的隨機(jī)性和波動(dòng)性將極大增加系統(tǒng)運(yùn)行的難度，增大發(fā)用電平衡工作的不確定性。

針對(duì)現(xiàn)階段高比例光伏接入對(duì)電網(wǎng)的實(shí)際影響，探討了浙江電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)及解決策略上存在的問題。在分析高比例光伏接入對(duì)負(fù)荷特性和電力供應(yīng)帶來一定變化的基礎(chǔ)上，從短期和中長(zhǎng)期兩個(gè)時(shí)間維度闡述了浙江電網(wǎng)現(xiàn)時(shí)和未來所面臨的發(fā)用電平衡及靈活性挑戰(zhàn)。最后，給出針對(duì)性的應(yīng)對(duì)策略，為目前浙江電網(wǎng)有效消納高比例光伏及未來建成新型電力系統(tǒng)提供解決思路。