新型用能設(shè)備大量接入 電力規(guī)劃變革迫在眼前

　　最近十年來，我國電力結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，2017年，非化石能源發(fā)電裝機占總裝機的比重已達(dá)41%。非化石能源占比逐步提高，將成為主導(dǎo)能源。預(yù)計2020年、2035年、2050年，我國一次能源消費總量分別為48億噸、58億噸、60億噸標(biāo)煤。非化石能源消費分別為8億噸、18億噸、31億噸標(biāo)煤，在一次能源消費中的占比將分別達(dá)到17%、32%、51%。

　　隨著能源轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn)，未來能源將呈現(xiàn)出清潔、低碳、快速的發(fā)展趨勢。煤炭和石油消費總量逐步下降，2035年、2050年合計占比將降至53%和30%。天然氣消費量逐步提高，2035年、2050年將達(dá)到16%和19%。風(fēng)能、太陽能等非化石能源基本都用于發(fā)電，煤炭主要利用方式也是發(fā)電。預(yù)計2020年、2035年、2050年，發(fā)電用能分別達(dá)到23億噸、34億噸、39億噸標(biāo)煤，占一次能源消費比重由目前的42%，提升至47%、59%、66%。在終端能源消費環(huán)節(jié)，體現(xiàn)為電能對化石能源的深度替代，包括存量替代和增量替代。預(yù)計2020年、2035年、2050年，電能占終端能源消費比重將由目前的23.5%，提升至25%、30%、40%。由此可見，電能與能源利用之間存在著密切關(guān)系，電能在終端能源中的消費比重將進(jìn)一步加大。也因此，搞好電力規(guī)劃，對于合理利用好能源，將具有越來越重要的現(xiàn)實意義。

　　新形勢下電力發(fā)展面臨新問題

　　全球正開啟一輪以清潔低碳為主要特征的能源轉(zhuǎn)型。聯(lián)合國氣候變化《巴黎協(xié)定》加速了各國政府和企業(yè)的轉(zhuǎn)型步伐，以實現(xiàn)本世紀(jì)下半葉全球溫室氣體凈零排放的目標(biāo)。BP預(yù)測全球?qū)⒊掷m(xù)電氣化進(jìn)程，到2040年，約70%的一次能源增長將用于電力生產(chǎn)，電力需求增長比其他能源快3倍。IEA署長畢羅爾明確表示，電力將成為能源的未來。

　　在新的能源體系目標(biāo)下，電力發(fā)展也出現(xiàn)了新的問題。傳統(tǒng)電力規(guī)劃中，電力需求作為規(guī)劃的邊界條件，相對固定。隨著用戶能源消費模式的主動性增加，電力需求更加柔性可調(diào)節(jié)，成為可規(guī)劃要素，從而改變電力供需平衡機理。

　　傳統(tǒng)電力規(guī)劃主要涉及常規(guī)電源和電網(wǎng)。風(fēng)電、太陽能發(fā)電等波動性可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用，分布式能源、電動汽車、微電網(wǎng)、儲能等新型用能設(shè)備大量接入，電力系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)和行業(yè)的聯(lián)系程度更加緊密，電力系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，也對系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性等提出更高要求。

　　傳統(tǒng)電力規(guī)劃中，能源消費者僅作為規(guī)劃結(jié)果的被動接受方，能源供應(yīng)者的行為模式刻畫單一且相對固定。隨著消費者產(chǎn)-銷-用的多重角色和多元化需求釋放，能源市場機制更加豐富完善，能源供應(yīng)者的收益函數(shù)更加綜合復(fù)雜，各類主體之間的互動和影響大幅增加，帶來行為模式的不確定性，也使政策決策過程更加復(fù)雜化。

　　信息化智能化也對電力能源的發(fā)展帶來理論方法挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動終端、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能快速發(fā)展并與能源技術(shù)深度融合，加之海量微小電力電子設(shè)備接入，實現(xiàn)電力系統(tǒng)電力電子化、物理信息一體化和智能化，對電力系統(tǒng)分析、優(yōu)化、設(shè)計和控制的理論和方法帶來全新挑戰(zhàn)。

　　此外，使用電能替代散燒煤、燃油的能源消費方式改變了部分領(lǐng)域電力需求演化固有趨勢，這要求在需求預(yù)測環(huán)節(jié)充分考慮各行業(yè)電能替代潛力。一攬子節(jié)電計劃和能效項目實現(xiàn)與在電源側(cè)新建發(fā)電機組等效的作用，這要求將能效電廠與常規(guī)電廠進(jìn)行統(tǒng)籌求解。電力用戶接收到供電方發(fā)出的減負(fù)荷直接補償激勵，需求側(cè)資源具有實時響應(yīng)潛力，這要求計及需求響應(yīng)對削減系統(tǒng)峰荷、減少電源與電網(wǎng)擴容投資、作為靈活性資源促進(jìn)新能源消納等方面的作用。儲能既可等效于發(fā)電機組，亦可等效于用電負(fù)荷，支撐實時電力平衡。分布式發(fā)電減少集中式發(fā)電和大電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模，要考慮其對電網(wǎng)潮流的影響。電動汽車充電負(fù)荷較大，部分條件下可向電網(wǎng)反送電，可作為一種理想的需求響應(yīng)資源或等效的儲能資源?？蓞⒄招枨箜憫?yīng)或儲能的運作方式，參與供需平衡，促進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化運行。

　　電力規(guī)劃應(yīng)從整體把握

　　隨著電力系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)間耦合逐漸增加、電力系統(tǒng)與其他系統(tǒng)關(guān)聯(lián)趨于緊密，應(yīng)更多考慮系統(tǒng)整體成本最小化。為更好保障對清潔能源的消納利用，可將新能源消納效果、清潔能源在能源電力結(jié)構(gòu)中的占比等作為關(guān)鍵約束性目標(biāo)。多能源系統(tǒng)耦合運行情況下，燃?xì)庀到y(tǒng)、熱力系統(tǒng)等其他能源系統(tǒng)可向電力系統(tǒng)傳遞風(fēng)險。信息物理系統(tǒng)不斷發(fā)展背景下，信息系統(tǒng)的安全故障也將危及電力系統(tǒng)。在規(guī)劃中需充分考慮通過多環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)、多系統(tǒng)互補提高能效的方式，促進(jìn)系統(tǒng)整體效率提升。

　　能源電力系統(tǒng)特性日益復(fù)雜，企業(yè)投資與系統(tǒng)運行更加注重精益高效，未來規(guī)劃需更多借助計算機優(yōu)化算法。跨環(huán)節(jié)、跨系統(tǒng)耦合關(guān)聯(lián)趨于緊密，電力系統(tǒng)不確定性因素逐漸增多。隨著電力市場建設(shè)推進(jìn)與新型商業(yè)模式涌現(xiàn)，各類電源與用戶側(cè)資源的投資決策主體增多，要研究市場環(huán)境下個體決策特征，在系統(tǒng)整體規(guī)劃中考慮多主體交互影響。

　　積極發(fā)展能源新業(yè)態(tài)

　　隨著多能源系統(tǒng)聯(lián)系日益緊密，熱力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等其他系統(tǒng)與電力系統(tǒng)進(jìn)行耦合，實現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化。各類需求側(cè)資源與儲能也將納入規(guī)劃考慮范疇，通過打破能源生產(chǎn)、傳輸、消費、存儲環(huán)節(jié)界限，實現(xiàn)整體優(yōu)化。

　　分布式電源、微電網(wǎng)進(jìn)入發(fā)展窗口期，注重實現(xiàn)集中式發(fā)電與分布式發(fā)電協(xié)調(diào)發(fā)展、大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著新能源發(fā)電等波動性元素在電力系統(tǒng)中的規(guī)模逐漸提高，靈活性正成為制約系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全運行的關(guān)鍵因素。電力規(guī)劃時需確保系統(tǒng)靈活性資源發(fā)展規(guī)模與波動性元素帶來的調(diào)節(jié)壓力相適應(yīng)，以保障清潔能源消納利用效果。隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展進(jìn)步，能源電力用戶個性化需求日益增多。在用能方式、可靠性等方面的系統(tǒng)整體發(fā)展目標(biāo)與個體差異化需求也將會進(jìn)一步得到發(fā)展。