电力系统灵活性提升机理及储能容量配置方法分析报告-培训课件

电力系统灵活性提升机理及储能容量配置方法2023年7月背景12345何谓灵活性为什么现有机制难以提升灵活性如何配置广义储能来提升灵活性以新能源电站配储为例背景Ø

2020年9月，国家主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上表示，中国的二氧化碳的碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取到2060年前实现“碳中和”Ø

2021年12月,国务院印发《“十四五”节能减排综合工作方案》：大力推动节能减排,加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系，推进经济社会发展全面绿色转型,助力实现碳达峰、碳中和目标1994199620052007《联合国气候变化框架公约》COP2发布《日内瓦宣言》《京都议定书》巴厘路线图20092015零碳社会本世纪下半叶2050…实现温室气体净零排放温升控制在1.5℃《巴黎气候变化协定》《哥本哈根协议》零碳能源系统以内几点认识：后三十年主要任务——消纳新能源能源行业，前三十年主要任务是建设新能源，后三十年主要任务是消纳新能源能源行业，前三十年发展看新能源，后三十年发展看储能（广义储能、虚拟电厂）与新能源相比，广义储能依托于大云物智移等技术，可以数字化形式为各行各业赋能，具有更大的想象空间几点认识：储能本质时间自由即储能几点认识：园区是灵活性资源集聚地n园区中分布式资源灵活调节潜力巨大n认识：储能作用是移峰填谷，完成负荷转移；灵活性负荷作用亦然n灵活性负荷即更廉价的储能n挖掘、协同、聚合需求侧资源调节能力，构建成为广义储能工业热泵热水器工业生产线电动汽车充电桩电采暖电网运行空调广义储能园区中分布式资源例如：空调占冬夏尖峰负荷50%以上几点认识：园区是实现碳中和主战场u

我国90%以上城市居民工作与生活在园区，城市里除了马路，几乎都是园区【1】，是广泛存在的社会载体u

园区是需求侧最典型的综合能源节点，包含了能源的生产、消费、存储各个环节u

园区是能源与社会的交汇点，是未来能源系统实现低碳可持续发展的主战场园区4.0智慧绿色、实现双碳目标园区1.0园区2.0园区3.0劳动密集ꢀ人员活动驱动

产业主导ꢀ能源消费攀升

技术创新ꢀ信息互联改革开放初期基础建设增长期信息技术发展期206019781990201020202030【1】2020年，、埃森哲《未来智慧园区白皮书》背景12345何谓灵活性为什么现有机制难以提升灵活性如何配置广义储能来提升灵活性以新能源电站配储为例“鸭子曲线”问题高比例新能源渗透后：Ø

美国加州市场出现严重鸭子曲线问题，3小时内13GW的爬坡需求，以及过发电风险Ø

中国青海也出现类似问题，系统调峰深度超过10GW面对负荷和新能源的双侧功率波动系统灵活性需求激增何谓灵活性？北美电力可靠性委员会（NERC）：灵ꢀ活ꢀ性ꢀ是ꢀ消ꢀ弭ꢀ负ꢀ荷ꢀ需ꢀ求ꢀ变ꢀ化ꢀ的ꢀ能ꢀ力Ø

爬坡需求确定性变化Ø

削峰填谷需求（Variability）Ø

曲线形状波动大不确定性变化Ø

预测误差（Uncertainty）迫切需要配储来提升系统灵活性。灵活性，为什么现在如此重要？•

原因：新型电力系统下，电源结构发生了深刻变化。•

在既有电力系统下，主力电源是水电厂、火电厂•

火电厂、水电厂既提供电能、也提供调节能力•

调节能力充裕而廉价，可以被忽略，不需要被明确定义、计量、作为商品。•

在新型电力系统下，主力电源是光伏等可再生能源。•

光伏等只能电量，不能提供调节能力。•

调节能力稀缺，不能忽略，必须明确定义、计量、作为商品。储能建设，正是为了提供新型电力系统下“稀缺”的灵活性。背景12345何谓灵活性为什么现有机制难以提升灵活性如何配置广义储能来提升灵活性以新能源电站配储为例为什么现有市场机制难以提升灵活性？现有灵活性产品——以美国加州市场（CAISO）提出的灵活爬坡产品（FRP）为代表现有灵活爬坡产品示意图Ø

FRP实质上是应对预测误差的备用容量Ø

针对不确定性变化（Uncertainty）产生的灵活性需求，其作用还存在争论Ø

无法表征应对确定性变化（ꢀVariabilityꢀ）的灵活性贡献为什么现有市场机制难以提升灵活性？Ø

“鸭子曲线”问题本质上并不是“预测误差”造成的Ø

而是由于电力系统缺乏应对负荷在连续时间段上确定性变化（Variability）的能力发电商2（未产生灵活性贡献反而产生灵活性需求）曲线形状本身即蕴含灵活性价值！发电商1（产生灵活性贡献）储能（产生灵活性贡献）为什么现有市场机制难以提升灵活性？Ø

本质原因:ꢀ个体应对负荷确定性变化的灵活性贡献无法表征、量化和交易Ø

传统分时段交易存在本质缺陷在现有市场机制中：•

发电商1和2按各时段出清单价结算，受到的激励完全相同•

灵活性贡献未得到独立表征•

做出灵活性贡献的发电商2也不会因此受到激励•

长此以往，系统灵活性将更加匮乏ꢀ强制配储政策难解困局各省的新能源配储政策汇总：Ø

新能源为装机容量10%~30%、时长2h~4h配置储能为什么储能比例是10%,20%,30%?意识到了问题，但还缺乏进一步理论依据？强制配储政策难解困局“由于缺乏合理的调度机制和电价疏导机制，新能源强制配储没有经济性”——这一观点几乎已成为行业共识主要原因：电网Ø

政策规划具有超前性，有时太过超前Ø

原材料飙涨和入网电价挤压下，一部分储能项目可能存在的质量安全性问题，由此导致电网不愿意调用“双输”Ø

新能源场站的储能电力的调度的技术储备相对不完善、结算机制不灵活、以及部分新能源储能项目规划建设上存在不合理现象带来商业模式问题新能源发电商储能如何参与电力市场？•

现有市场机制要求储能与发电机/负荷一样竞价•

难点1：储能的报价是基于其对未来电价的预测；但是在实际市场中，储能的充放电行为则会影响未来电价。•

储能容量越大，其报价会越偏离市场需要；对系统的贡献也会随之降低甚至产生反作用•

难点2：储能参与电力市场，激励不相容•

储能设备可以作为负荷在价格较低时购电（充电），然后在价格较高时售电（放电），通过此种方式获取差价收益。•

但是，如果所有的储能设备都按照这种方式操作，电力市场的价格峰谷可能会被削平，从而降低了储能设备的收益背景12345何谓灵活性为什么现有机制难以提升灵活性如何配置广义储能来提升灵活性以新能源电站配储为例系统灵活性，

于个体灵活性要提升系统灵活性必先设计顶层市场机制，引导、激励个体提升自身灵活性目的：根本性解决灵活性提升及新能源消纳问题系统灵活性欲提升个体灵活性，必先量化其灵活性贡献系统层面：ü

舍弃分时段交易，转而将电量曲线作为一个有机整体，量化其电量价值和灵活性价值ꢀü

量化个体灵活性贡献，方可激励个体灵活性自发提升欲量化灵活性，须先明确个体调节责任ü

调节责任机制：发电商的发电量应与其调节责任成正相关（例如，与负荷曲线形状一致）ü

本质：原本由电网承担的平衡责任公平划分至发电商个体，也即各自提供成比例的灵活性贡献传统方式：不现实也不公平，无法适应高比例新能源基于调节责任的新方法火电出力，承担发电商1发电商2大范围调节任务新能源出力，产生大量调节需求发电商3发电商4个体提升灵活性具体方式方式1：发电机灵活性改造Ø

新市场机制将极大促进个体灵活性自主自发提升，资源高效聚合发电商满足调节责任的方式方式2：自主配置广义储能，综合考虑成本和收益Ø

方式2成为主要途径和必然趋势方式3：直接从市场购买灵活性多方共赢电网ü

储能：新市场机制使得储能收益与贡献匹配ü

新能源：消纳率提升，社会总福利增大新能源...ü

电力用户：系统灵活性提升，电价稳定，电力供应得到保障ü

电网：可调度灵活性资源丰富，新型电力系统实现安全、经济、绿色、低碳运行储能电力用户背景12345何谓灵活性为什么现有机制难以提升灵活性如何配置广义储能来提升灵活性以新能源电站配储为例以实际数据的新能源电站配储为例新能源的储能容量/功率配置：将新能源典型功率曲线转化为负荷形状一致的目标曲线，所需要的最小储能容量/充放电功率——新能源的调节责任决定了储能配置容量大小以实际数据的新能源电站配储为例单个新能源厂站的储能容量配置测算：风电Ø

测试系统：IEEEꢀ39节点系统Ø

总装机容量：895ꢀMWØ

典型日负荷需求总量：5023ꢀMWhØ

风电典型反调峰特性曲线储能电量电量占比（以日电量为基准值）储能充放电功率功率占比（以系统总装机容量为基准值）风电装机占比17%36%54%536MWhꢀ；ꢀ11%74MWꢀ；ꢀ8%127MW；14%210MWꢀ；ꢀ23%1068MWhꢀ；ꢀ21%1606MWhꢀ；ꢀ32%以实际数据的新能源电站配储为例单个新能源厂站的储能容量配置测算：光伏Ø

测试系统：IEEEꢀ39节点系统Ø

总装机容量：895ꢀMWØ

典型日负荷需求总量：5023ꢀMWhØ

光伏典型曲线(白天功率大/夜间为零)Ø

光伏昼夜功率差更大，导致光伏比风机所需储能更大储能电量电量占比（以日电量为基准值）储能充放电功率功率占比（以系统总装机容量为基准值）光伏装机占比17%36%54%693MWhꢀ；ꢀ13%79MWꢀ；ꢀ9%197MW；22%290MWꢀ；ꢀ32%1722MWhꢀ；ꢀ34%2517MWhꢀ；ꢀ51%以实际数据的新能源电站配储为例全系统新能源的储能容量配置测算Ø

测试系统：IEEEꢀ39节点系统Ø

总装机容量：895ꢀMWØ

典型日负荷需求总量：5023ꢀMWhØ

新能源占比——风电：光伏=