【清华大学_鲁宗相_】气候变化背景下的新型区域电力系统全要素规划技术初探报告_17页_4mb

报告摘要

气候变化背景下的新型区域电力系统全要素规划技术初探

核心内容概述

本报告围绕气候变化背景下新型电力系统的构建，提出了一种基于时序概率平衡原理的新型电力系统规划方法。报告指出，随着全球气候变化的加剧，传统电力系统规划方法已难以满足高比例可再生能源系统的运行需求，因此需要引入新的规划理念和技术手段，以实现电力系统的清洁、低碳、安全、高效、灵活和智能发展。

主要观点与关键信息

一、新驱动力：气候背景下的新型电力系统构建思路

气候变化的现实威胁：
- 高温、极端天气频发、次生灾害频发成为全球性问题。
- 2024年1-9月全球平均温度比前工业化时期高1.54±0.13℃。
- 温室效应的量化结果为全球净吸收量0.9W/m²，温室气体综合效应吸收量增加2.91W/m²。
减少温室气体排放成为关键：
- 2℃温升目标下，CO₂排放余额为11500亿吨，2010-2019年已累积约1/3。
- 1.5℃温升目标下，CO₂排放余额为5000亿吨，2010-2019年已累积约4/5。
- 巴黎协议对CO₂排放空间的限制日益严格。
能源转型的驱动逻辑：
- 从气候变化到能源转型的逻辑路径明确，推动清洁能源替代化石能源。
- 中国提出“新能源+煤电”的双轨路径，煤电作为压舱石，新能源作为主导。
中国解决方案：新型电力系统：
- 围绕“清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能”五大基本原则。
- 国家发展改革委、国家能源局发布《加快构建新型电力系统行动方案》。
中国未来的可再生能源资源潜力与流向图：
- 中国2023年风光电出力占比达18.4%。
- 新能源主要分布在西部和北部，需发展大规模互补发电技术以支撑“西电东送”。

二、新平衡原理：新型电力系统时序概率平衡原理

传统平衡分析方法的局限性：
- 传统方法依赖火电为主要可调资源，负荷为主要不确定来源，已不适用新型电力系统。
- 时序-概率电力电量平衡是传统方法的继承与发展。
时序概率电力电量平衡的基本原理：
- 平衡分析对象由“源-荷”转变为“可调资源-调节需求”。
- 引入概率方法，覆盖全工况，适应互动平衡机制。
- 时序-概率平衡与传统平衡的异同点：

项目	时序-概率电力电量平衡	传统电力电量平衡
平衡机制	可调资源平衡调节需求	源平衡荷
可调资源建模	高维可行域	可调节区间
调节需求建模	概率分布描述	若干典型断面
电力与电量平衡	逐时电力平衡	典型断面电力平衡+总电量平衡

概率性判据与置信域判据：
- 平衡概率不低于置信水平 $1 - \alpha$。
- 置信域判据更保守，确保系统在不同置信水平下可靠平衡。

三、新规划方法：源网荷储市场全要素协同优化规划

源网荷储市场协同优化规划：
- 新型电力系统规划逐步向“源、网、荷、储、市场”全要素规划转变。
- 从常规电源、典型场景为主，向新能源为主、不确定性场景及极端天气场景转变。
甘肃省域电网规划案例：
- 电源侧：
  - 2030年新能源装机容量为1.46亿千瓦，电量占比达53.85%。
  - 2060年新能源装机容量为3.61亿千瓦，电量占比达80.30%。
- 电网侧：
  - 通过交流和直流补强方案提升电网稳定性。
  - 调相机配置方案以满足新能源场站短路比要求。
- 负荷侧：
  - 引入可平移、可调节的柔性负荷。
  - 通过产业规划实现负荷科学分布。
- 储能侧：
  - 2024-2029年储能缺口巨大，需加快多类型储能发展。
  - 2060年储能需求达到1.15亿千瓦以上，时长需求增长至7.2小时。
新技术协同规划：
- 惯量资源：
  - 新能源装机占比提升导致系统惯量支撑能力减弱。
  - 采用构网型控制技术提升惯量支撑，甘肃需惯性常数不低于2.5。
- 电压支撑规划：
  - 新能源场站短路比要求不低于1.5，调相机配置方案优化电网结构。
规划方案验证与评价：
- 新能源最优利用率：
  - 2025年新能源利用率提升至94.13%，2060年维持在94.80%左右。
- 电价变化趋势：
  - 清洁低碳转型下，甘肃度电成本呈上涨趋势，电源成本上涨0.18元/kWh，电网成本上涨0.033元/kWh，终端用能成本上涨0.21元/kWh。

四、结论

气候变化成为核心驱动力：
- 推动新型电力系统转型发展的主要因素。
新型电力系统需要新平衡原理：
- 构建基于时序概率特性的电力电量平衡新原理，适应高比例可再生能源系统。
源网荷储市场协同是新技术方向：
- 优化规划的新路径，提升系统灵活性和稳定性。

总结

本报告系统分析了气候变化对电力系统的影响，并提出了以时序概率平衡原理为核心的新型电力系统规划方法。通过源网荷储市场全要素协同优化，实现了对新能源占比不断提升的新型电力系统的适应性规划。报告还以甘肃省域电网为例，展示了在不同时间段内新能源发展路径、电网结构优化、负荷与储能协同规划等具体实践。最终，结论指出，气候变化是推动新型电力系统发展的核心驱动力，而构建考虑时序概率特性的平衡原理和源网荷储市场协同规划是实现电力系统优化的关键技术方向。

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