碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)

碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)國(guó)家海外高層次人才、華南理工大學(xué)教授IEEEFellow,IETFellow,CSEEFellow中德生態(tài)示范城市圓桌會(huì)議2021年6月4日22少背景少風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析少新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理少結(jié)論及前景展望33 少風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析少新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理少結(jié)論及前景展望國(guó)家主席習(xí)近平2020年9月22日在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上發(fā)表重要講話：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取前不久又提出“要堅(jiān)持綠色低碳，促進(jìn)人與自然和諧共生”。?碳中和（carbonneutral,orcarbonneutrality），是指中立的（即零）總碳最終目標(biāo)是僅使用可再生能源，而非石化燃料，使碳的釋放與吸收回地球的量達(dá)平?最近，亞洲一些國(guó)家如日本、韓國(guó)也相繼宣布了各自實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。1報(bào)告主題背景—新型電力系統(tǒng)?習(xí)近平總書(shū)記提出我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，并在多次重要講話中提出明確要求，強(qiáng)調(diào)要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，構(gòu)建以新?到2030年前后新能源裝機(jī)占比有望達(dá)到50%，將?新型電力系統(tǒng)亟需激發(fā)負(fù)荷側(cè)和新型儲(chǔ)能技術(shù)等潛力，形成源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同1報(bào)告主題背景—新型電力系統(tǒng)1.要著力構(gòu)建適應(yīng)大規(guī)模新能源發(fā)展的電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系，保障電力安全可靠一要發(fā)揮電網(wǎng)資源配置的平臺(tái)作用；二要推動(dòng)堅(jiān)強(qiáng)局部電網(wǎng)建設(shè)；三要合理推動(dòng)支撐性電源建設(shè)、基礎(chǔ)性電源建設(shè)；四要構(gòu)建規(guī)模合理、分層分區(qū)、安全可靠的電力系統(tǒng)，強(qiáng)化電力安全和抗災(zāi)能力，扎實(shí)提升電力工業(yè)本質(zhì)安全2.要著力提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力通過(guò)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、需求側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)等方方面面來(lái)推動(dòng)電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力提升，適應(yīng)大規(guī)模新能源并網(wǎng)后的要求。把波動(dòng)性、間歇性的新能源1報(bào)告主題背景—新型電力系統(tǒng)供給側(cè)要實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)優(yōu)化，消費(fèi)側(cè)要電熱冷氣多元深度融合，實(shí)現(xiàn)高比促進(jìn)人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)信息通信等技術(shù)與電力技術(shù)的深度融通過(guò)電力市場(chǎng)機(jī)制、運(yùn)行機(jī)制、價(jià)格機(jī)制的不斷完善，建設(shè)適應(yīng)新能源快99 少風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析少新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理少結(jié)論及前景展望2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析2502000WPCapacity(GW)02019年世界十大國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)情況20132014201520162017201820192013-2019年全國(guó)風(fēng)電投資情況在目前全球化石能源日趨耗竭和生態(tài)環(huán)境不斷惡化的雙重制約背景下，世界各國(guó)加大發(fā)展可再生能源。尤其是風(fēng)電發(fā)我國(guó)可再生能源領(lǐng)域投資、裝機(jī)和發(fā)電量連續(xù)多年穩(wěn)居全球第一，可再生能源投資已經(jīng)連續(xù)五年超過(guò)1000億美元。2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析國(guó)際可再生能源署（IRENA），2019年太陽(yáng)能發(fā)電和陸?大規(guī)模光伏發(fā)電成本降至$0.068(￥0.4545)/千瓦時(shí)。?陸上風(fēng)電的成本降至$0.053(￥0.3543)/千瓦時(shí)。2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析2019年12月3日，行業(yè)研究機(jī)構(gòu)彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）發(fā)布2019全球鋰離子電池組價(jià)格調(diào)研報(bào)告顯示，2019年全球鋰離子電池組的平均價(jià)格為156美元/千瓦時(shí)，較2010年的1100美元/千瓦時(shí)下降2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析預(yù)計(jì)到2030年:kWh，電池容量約為全網(wǎng)用電量（約170kwh）的三分之一；集中式儲(chǔ)能也將達(dá)到10億kWh。對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的影響可再生能源對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響供需不平衡負(fù)荷需求2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析供需不平衡負(fù)荷需求靈活性資源不足可再生電源可再生電源 少風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析少新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理少結(jié)論及前景展望版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)3新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理需求側(cè)能效管理是以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)必不可少的內(nèi)容，它反映了更加科學(xué)的電力系統(tǒng)管理思路。數(shù)字電網(wǎng)將引導(dǎo)用電側(cè)的用電用戶合理用電，積極參與電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)和數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)經(jīng)濟(jì)、共享經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)新模式新業(yè)態(tài)，有助于提高服務(wù)效率和客戶體驗(yàn)，支撐業(yè)務(wù)創(chuàng)新，幫助用戶不斷釋放需求潛技術(shù)領(lǐng)域?qū)π滦碗娏ο到y(tǒng)的需求側(cè)能效管理展開(kāi)說(shuō)明。1231233.1需求側(cè)能源系統(tǒng)存在的問(wèn)題新型電力系統(tǒng)和綜合智慧能源系統(tǒng)可以有效地提高能源利用效用戶作為能源受體，無(wú)法承受昂貴的綜合能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等設(shè)備用戶作為能源受體，無(wú)法承受昂貴的綜合能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等設(shè)備產(chǎn)生的能源小數(shù)據(jù)沒(méi)有得到充分利用，缺乏用戶側(cè)數(shù)據(jù)分析和決產(chǎn)生的能源小數(shù)據(jù)沒(méi)有得到充分利用，缺乏用戶側(cè)數(shù)據(jù)分析和決版權(quán)歸作者所有，勿轉(zhuǎn)發(fā)4+564+563.1需求側(cè)能源系統(tǒng)存在的問(wèn)題需求側(cè)用戶缺乏能源互濟(jì)、需求側(cè)用戶缺乏能源互濟(jì)、閑置資產(chǎn)復(fù)用的能電能、氫能等新能源汽車的快速發(fā)展對(duì)能源網(wǎng)電能、氫能等新能源汽車的快速發(fā)展對(duì)能源網(wǎng)主要體現(xiàn)在多能源、多環(huán)節(jié)、主要體現(xiàn)在多能源、多環(huán)節(jié)、多時(shí)間尺度、多3.2虛擬電廠技術(shù)看作一個(gè)由分布式能源、可控負(fù)載和分布式儲(chǔ)能設(shè)施有機(jī)組合形成的綜合控制載體。虛擬電廠可用于參與電力市場(chǎng)或源與新能源之間的互補(bǔ)協(xié)同調(diào)度與電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行，以最大程度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性，提高新能源的利用率[1]。能源管理能源管理與交易平臺(tái)VPP管理與控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信接口電力生產(chǎn)單元電力消耗單元電力存儲(chǔ)單元電網(wǎng)自動(dòng)化外部接口電網(wǎng)服務(wù)微電網(wǎng)一個(gè)典型的含分布式能源的VPP架構(gòu)說(shuō)明：說(shuō)明：VPP可能包括許多發(fā)電單元，儲(chǔ)能單元以及負(fù)荷單元。這些單元可以分布在廣闊的地理區(qū)域。VPP系統(tǒng)中通過(guò)通信媒介與VPP管控系統(tǒng)進(jìn)行信息[1]劉吉臻等.虛擬發(fā)電廠研究綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34(29):5103-5111.一個(gè)典型的含分布式能源的VPP架構(gòu)一個(gè)典型的含分布式能源的VPP架構(gòu)3.2虛擬電廠技術(shù)虛擬電廠通過(guò)先進(jìn)的信息通信技術(shù)和軟件，將分布式發(fā)電機(jī)組、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車等結(jié)a)單一時(shí)段容量配置。b)考慮出力偏差懲罰的容量配置。c)多時(shí)段容量配置。a)虛擬電廠內(nèi)部可控單元組合優(yōu)化與協(xié)同b)參與市場(chǎng)交易的虛擬電廠的組合優(yōu)化與協(xié)同3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)傳統(tǒng)微電網(wǎng)隨著智慧控制化、多能化、微型化和開(kāi)放化成3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)微電網(wǎng)典型日出力與需求含混合儲(chǔ)能的風(fēng)-光-儲(chǔ)-柴微電網(wǎng)微電網(wǎng)典型日出力與需求解決技術(shù)與方案度、平緩并網(wǎng)功率波動(dòng)。高頻功率波動(dòng)。滾動(dòng)優(yōu)化的每一步調(diào)度都會(huì)根據(jù)最新系統(tǒng)狀態(tài)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋校正，可以更好地適用于實(shí)際系統(tǒng)，具有更強(qiáng)的魯棒性。3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)美國(guó)能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米·里夫金在他的《第三次工業(yè)革命》機(jī)制、實(shí)現(xiàn)商業(yè)互聯(lián)至關(guān)重要。市場(chǎng)的關(guān)鍵在于賦予供需雙方自由3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)例如，家庭微電網(wǎng)用戶可以將自身剩余的分布式能源或者儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能空間分享給其他有需要的用戶。這種共享模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蜗蛳M(fèi)者模式雙向產(chǎn)消者模式Non-controllableloadAdjustableloadACBUSACBUSSHAsNon-controllableloadAdjustableloadNon-controllableloadAdjustableloadHomeEMCACBUS虛擬家庭微電網(wǎng)Non-controllableloadAdjustableloadACBUSACBUSSHAsNon-controllableloadAdjustableloadNon-controllableloadAdjustableloadHomeEMCACBUS虛擬家庭微電網(wǎng)3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)ACBUS==ACBUS==~~~~~=~==~AC/DCAC/ACAC/DCAC/DCAC/AC=~DC/DCDC/ACDC/DCPVGSESSW能源聚合商能源聚合商能源共享云架構(gòu)傳統(tǒng)的RMG面臨一些亟待解決的問(wèn)題：①PV、風(fēng)力渦輪機(jī)和電池通常需要足夠的物理空間。②RES和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)仍屬于資本密集型設(shè)備。③變化的可再生能源和負(fù)荷需求意味著不同時(shí)期的容量要求是不同的。定義為一個(gè)由云平臺(tái)和云用戶群構(gòu)成的開(kāi)放式能源共享環(huán)境，兼顧區(qū)域微電網(wǎng)與能源產(chǎn)消者華南理工大學(xué)愛(ài)思科團(tuán)隊(duì)研究成果：網(wǎng)網(wǎng)3.3新能源微電網(wǎng)技術(shù)以用戶智能用電系統(tǒng)?分布式/以用戶智能用電系統(tǒng)?分布式/集中式供熱系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等耦合而成，不同類輸、分配、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化后所形成的能源產(chǎn)供源荷荷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)儲(chǔ)儲(chǔ)德國(guó)：2020年，100萬(wàn)輛EV加拿大：2020年，80萬(wàn)輛EV中國(guó)：2020年，500萬(wàn)輛EV以色列：2020年，100萬(wàn)輛EV美國(guó)：2020年，180萬(wàn)輛PHEV澳大利亞：2020年，20%EV新西蘭：2020年，5%EV德國(guó)：2020年，100萬(wàn)輛EV加拿大：2020年，80萬(wàn)輛EV中國(guó)：2020年，500萬(wàn)輛EV以色列：2020年，100萬(wàn)輛EV美國(guó)：2020年，180萬(wàn)輛PHEV澳大利亞：2020年，20%EV新西蘭：2020年，5%EV3.4交通電氣化助力數(shù)字電網(wǎng)構(gòu)建北歐：2020年，30萬(wàn)輛北歐：2020年，30萬(wàn)輛EV車的主要代表；網(wǎng)公司建設(shè)數(shù)字電網(wǎng)、推動(dòng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型；將大大促進(jìn)汽車從路網(wǎng)走向了電網(wǎng)，進(jìn)而打造電動(dòng)汽車+數(shù)字電網(wǎng)深度互動(dòng)在滿足電動(dòng)汽車充電需求的前提下，運(yùn)用實(shí)際有效地經(jīng)濟(jì)或技術(shù)措施引導(dǎo)、控制電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，進(jìn)而參與電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與輔助服在滿足電動(dòng)汽車充電需求的前提