王 楓，周 斌，鄭云飛

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司，武漢 435000）

近年來(lái)，隨著全球氣候變暖，世界各國(guó)越來(lái)越重視碳排放問(wèn)題。2020年，我國(guó)正式提出了“2030年碳達(dá)峰、2050年碳中和”目標(biāo)。2021年2月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕280 號(hào)）。為適應(yīng)新形勢(shì)，國(guó)家電網(wǎng)有限公司提出建設(shè)具有中國(guó)特色且國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，電力系統(tǒng)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式作為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心和紐帶，可以帶動(dòng)整個(gè)能源系統(tǒng)的資源優(yōu)化配置?！半p碳”目標(biāo)的提出也將催生新能源爆發(fā)式增長(zhǎng)。以湖北省為例，預(yù)計(jì)未來(lái)10 ～15年，其新能源將處于持續(xù)快速發(fā)展的時(shí)期。本研究基于湖北省能源基礎(chǔ)條件和發(fā)展現(xiàn)狀，探索建立源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式，這對(duì)于提高湖北省可再生能源消納責(zé)任權(quán)重、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 國(guó)內(nèi)外研究綜述

1.1 國(guó)外研究進(jìn)展

早在21 世紀(jì)初，美國(guó)就提出了未來(lái)可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)（FREEDM），如圖1 所示。這是一種源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要依托現(xiàn)代信息技術(shù)，將集中式發(fā)電資源與多類型發(fā)電單元整合在一起，繼而實(shí)現(xiàn)能源供需狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

圖1 FREEDM 基本結(jié)構(gòu)

FREEDM 引入了一個(gè)固態(tài)變壓器（SST）裝置。該裝置可將分布式電源、配電網(wǎng)、負(fù)荷以及儲(chǔ)能有效整合，實(shí)現(xiàn)信息在源網(wǎng)荷儲(chǔ)側(cè)的快速傳播和主動(dòng)控制。SST 又被稱作能源路由器，具有變壓、整流和逆變的功能，能在源網(wǎng)荷儲(chǔ)側(cè)隨插隨用，實(shí)現(xiàn)能源信息的雙向流動(dòng)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)能源信息的實(shí)時(shí)自我反饋，進(jìn)一步優(yōu)化本地電力系統(tǒng)，F(xiàn)REEDM 還配備了配電網(wǎng)智能信息管理系統(tǒng)（DGI）。

在實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)和電力系統(tǒng)有效控制方面，德國(guó)提出了新能源消納技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（E-Energy），其技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 E-Energy 的技術(shù)路線

E-Energy 將信息與通信技術(shù)（ICT）、電力系統(tǒng)緊密融合，用ICT 技術(shù)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各節(jié)點(diǎn)的信息采集和負(fù)荷側(cè)的優(yōu)化管理控制，從而建立一條高效互聯(lián)互通的能源及信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，勾勒出一幅未來(lái)能源體系高效發(fā)展的畫面。

在E-Energy 計(jì)劃支持的6 個(gè)涉能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，RegModHarz 虛擬電廠項(xiàng)目是提高可再生能源利用率的源網(wǎng)荷儲(chǔ)系統(tǒng)典型示范案例。目前，該項(xiàng)目的電源側(cè)已同時(shí)擁有風(fēng)、光、生物質(zhì)能等多種可再生能源。該項(xiàng)目利用現(xiàn)代通信技術(shù)構(gòu)建了一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，可以將分布式電源與虛擬電廠有效連接，把分布式電源的數(shù)據(jù)變化信息及時(shí)反饋到虛擬電廠，進(jìn)而增強(qiáng)控制中心對(duì)場(chǎng)站發(fā)電數(shù)據(jù)變化的快速反應(yīng)和及時(shí)處理能力。為了更好地實(shí)現(xiàn)虛擬電廠對(duì)電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的雙向管理，該項(xiàng)目還根據(jù)家庭用戶的特點(diǎn)和需求開發(fā)了雙向能源管理系統(tǒng)（BEMI），該系統(tǒng)可遠(yuǎn)程調(diào)控家庭用戶的用電情況，如用電量、用電時(shí)間。用戶每天的用電情況也會(huì)上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)不斷優(yōu)化對(duì)源荷側(cè)電力的調(diào)控。另外，歐盟國(guó)家還組織實(shí)施了示范性智能電網(wǎng)工程（eTelligence）、FENIX 虛擬電廠項(xiàng)目，積極探索建立區(qū)域性的能源互聯(lián)網(wǎng)及電力市場(chǎng)，建立基于分布式能源的新型電力系統(tǒng)。

1.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

我國(guó)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)應(yīng)用研究時(shí)間不長(zhǎng)。目前，已有部分省級(jí)電網(wǎng)企業(yè)和系統(tǒng)內(nèi)直屬單位依托能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，在源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)發(fā)展和智能互動(dòng)領(lǐng)域開展了創(chuàng)新探索。

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司針對(duì)大規(guī)模源網(wǎng)荷如何實(shí)現(xiàn)“源隨荷動(dòng)、荷隨網(wǎng)動(dòng)”的難題，做了精準(zhǔn)負(fù)荷控制關(guān)鍵技術(shù)的研究，在實(shí)踐中構(gòu)建了一套源網(wǎng)荷儲(chǔ)智能互動(dòng)新模式。為進(jìn)一步提升京津唐電網(wǎng)對(duì)新能源的優(yōu)化調(diào)度和實(shí)時(shí)控制能力，國(guó)家電網(wǎng)有限公司華北分部將電動(dòng)汽車和分布式儲(chǔ)能納入電網(wǎng)，進(jìn)行了積極的實(shí)踐探索。國(guó)網(wǎng)青海省電力公司針對(duì)可再生能源大數(shù)據(jù)的匯集、處理、存儲(chǔ)、服務(wù)和運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，構(gòu)建了全國(guó)第一個(gè)可再生能源大數(shù)據(jù)創(chuàng)新平臺(tái)，其被工業(yè)和信息化部列為示范平臺(tái)；國(guó)網(wǎng)天津市電力公司建立一個(gè)基于綠色辦公大樓的“5+1”綜合能源示范平臺(tái)，包括風(fēng)、光、儲(chǔ)、地?zé)?、充電樁五大供電系統(tǒng)和一個(gè)綜合能源智慧管控平臺(tái)。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

新能源的大規(guī)模應(yīng)用使得經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)能源的需求得到緩解，生態(tài)環(huán)境得到改善。但是，電力系統(tǒng)的建設(shè)步伐未能及時(shí)跟上新能源的應(yīng)用速度，不可避免地產(chǎn)生一些新問(wèn)題。比如，湖北省新能源發(fā)電裝機(jī)容量在整個(gè)“十三五”期間提高了500%，預(yù)計(jì)2020—2030年仍能保持年均11%的速度快速增長(zhǎng)。但是，湖北省部分地區(qū)電網(wǎng)對(duì)新能源的消納和外送能力當(dāng)前已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)。照此以往，電網(wǎng)調(diào)峰的難度和安全穩(wěn)定運(yùn)行壓力越來(lái)越大。目前，新能源發(fā)電棄風(fēng)率、棄光率、棄水率仍處在高位，電力系統(tǒng)綜合效率不高、源網(wǎng)荷儲(chǔ)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)不夠、各類電源互補(bǔ)互濟(jì)不足等深層次矛盾日益凸顯，亟待統(tǒng)籌優(yōu)化。

3 對(duì)策建議

3.1 加快構(gòu)建源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)平臺(tái)

深入分析能源互聯(lián)網(wǎng)信息采集、感知、處理與應(yīng)用等環(huán)節(jié)要求，加強(qiáng)以“互聯(lián)網(wǎng)+清潔能源”為本質(zhì)特征的源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)平臺(tái)構(gòu)建模式研究，促進(jìn)各類能源互通互濟(jì)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)。將電網(wǎng)規(guī)劃的重心向新能源的并網(wǎng)和送出轉(zhuǎn)移，根據(jù)新能源電源的建設(shè)和并網(wǎng)進(jìn)度，動(dòng)態(tài)調(diào)整規(guī)劃電網(wǎng)建設(shè)時(shí)序，有效引導(dǎo)新能源投資方向，提高跨區(qū)域送電能力。

3.2 全面提升電力系統(tǒng)調(diào)峰能力

在電源側(cè)，爭(zhēng)取湖北省能源局出臺(tái)政策鼓勵(lì)煤電機(jī)組靈活性改造，爭(zhēng)取2025年前應(yīng)改盡改。爭(zhēng)取湖北省能源局出臺(tái)新能源優(yōu)先配置政策，對(duì)于實(shí)施煤電機(jī)組靈活性改造的發(fā)電企業(yè)配置新能源發(fā)展指標(biāo)，對(duì)新增新能源項(xiàng)目要求配置儲(chǔ)能。

在電網(wǎng)側(cè)，加快推進(jìn)大幕山等符合規(guī)劃的抽水蓄能電站前期工作。積極支持和服務(wù)煤電機(jī)組靈活性改造，合理安排年度計(jì)劃，為改造提供窗口期。

在負(fù)荷側(cè)，大力發(fā)展需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)，發(fā)揮電動(dòng)汽車的靈活調(diào)節(jié)能力，建立湖北省內(nèi)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源庫(kù)，2025年前需求側(cè)響應(yīng)負(fù)荷達(dá)到最大負(fù)荷的5%。

在儲(chǔ)能側(cè)，全面推進(jìn)儲(chǔ)能規(guī)?；瘧?yīng)用，在源網(wǎng)荷各側(cè)探索構(gòu)建應(yīng)用場(chǎng)景和商業(yè)模式，打造示范項(xiàng)目。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)集中式共享儲(chǔ)能和電制氫技術(shù)應(yīng)用的探索。

3.3 加快儲(chǔ)能建設(shè)及運(yùn)營(yíng)質(zhì)效提升

根據(jù)不同地區(qū)對(duì)靈活調(diào)節(jié)資源的需求、發(fā)展定位和特點(diǎn)，明確儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)模和設(shè)施布局，合理確定接入范圍和建設(shè)時(shí)序并滾動(dòng)調(diào)整，引導(dǎo)儲(chǔ)能合理布局、有序發(fā)展。加快推動(dòng)儲(chǔ)能云平臺(tái)建設(shè)，創(chuàng)新儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)的體制機(jī)制，盡快實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備資源優(yōu)化配置和高效利用。

4 結(jié)語(yǔ)

在全國(guó)上下穩(wěn)步推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的背景下，有必要基于新能源最大化消納，研究源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)應(yīng)用。當(dāng)前，國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司要妥善處理清潔發(fā)展與系統(tǒng)安全、電力保障、系統(tǒng)成本的關(guān)系，從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)分別構(gòu)建具有湖北省特色的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式，破除制約新能源消納的機(jī)制問(wèn)題，全面提升當(dāng)?shù)匦履茉聪{水平，推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，服務(wù)區(qū)域能源綠色轉(zhuǎn)型，助力具有中國(guó)特色且國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)落地實(shí)施。