張軍軍 雙碳背景下新能源發展趨勢與并網關鍵問題分析.pdf

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1、雙碳背景下新能源發展趨勢與并網關鍵問題分析中國電力科學研究院有限公司新能源研究中心國家能源太陽能發電研發（實驗）中心張軍軍匯報內容1背景及現狀2新能源發展趨勢3并網關鍵問題及建議1背景及現狀一、背景及現狀2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯合國大會上提出“中國將提高國家自主貢獻力度，”二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的能源轉型新目標。30-60雙碳目標2060年碳中和排放吸收2030年碳達峰排放量增長：迅 速 或平緩下降：快速或緩慢達峰時間排放峰值累計排放總量至2030年，中國二氧化碳排放達峰值2060年前，中國實現碳中和總書記習近平在巴黎氣候

2、變化大會上提出中國將在2030年左右二氧化碳排放達到峰值。習書記在七十五屆聯合國大會上提到要努力爭取2060年前實現碳中和。一、背景及現狀一、背景及現狀一、背景及現狀2020年我國電源結構2015201620172018201920200501001502002503000%5%10%15%8.6%9.0%9.2%9.7%10.4%12.8%2.8%4.6%7.3%9.2%10.2%11.5%風電累計裝機（GW）光伏累計裝機（GW）風電裝機容量占比（%）光伏裝機容量占比（%）水電17%核電2%風電13%光伏11%煤電49%其他火電8%水電核電風電光伏煤電其他火電煤電裝機首次低于50%n我國新能

3、源發展迅猛，已成為國內第二大電源，截至2020年底風電裝機2.81億千瓦，占總電源裝機的12.8%；光伏裝機2.53億千瓦，占總電源裝機的11.5%。n大力發展風電/光伏等新能源是實現“雙碳”目標、構建“以新能源為主體的新型電力系統”的必由之路。n為貫徹落實“碳達峰、碳中和”和構建以新能源為主體的新型電力系統目標任務，推動能源綠色生態轉型，新能源仍將持續快速發展。我國風電、光伏并網裝機情況一、背景及現狀2新能源發展趨勢二、新能源發展趨勢二、新能源發展趨勢二、新能源發展趨勢二、新能源發展趨勢二、新能源發展趨勢二、新能源發展趨勢技術層面的影響技術層面的影響技術層面的影響技術層面的影響技術層面的影響

4、技術層面的影響3并網關鍵問題及建議天中直流閉鎖故障風電故障暫態脫網事故2014.1.16，天中直流閉鎖故障導致600公里外酒泉地區風電大面積脫網換流站近區暫態電壓問題三、關鍵問題及建議機機端端過過電電壓壓動動態態無無功功電電流流n特高壓直流投入運行后，當發生直流閉鎖故障時，將產生巨大的功率缺額，系統頻率下降，事故瞬間無功大量剩余，電壓大幅度變化，導致部分線路嚴重過載，愈加復雜的網源環境，對新能源場站性能參數提出了新的技術要求。1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n國網青海省電力公司部室文件調度字202023號青海電力調度控制中心關于印發青海電網新能源電站相關技術要求的通知

5、、青海電網新能源發電技術要求、青豫直流送端近區新能源機組測試及數據說明對青豫直流近區新能源發電參數優化提出技術要求。1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n隨著特高壓直流和新能源大規模替代常規電源發電，系統頻率調節能力顯著下降，電網頻率穩定問題突出。新能源發電對華東電網頻率影響2021年夏季腰荷，新能源出力1600萬千瓦，兩回特高壓直流雙極閉鎖后，華東電網頻率最低點提前0.32s，頻率跌落深度增加0.015Hz若新能源出力擴大至9000萬千瓦，華東頻率跌落深度增加0.3Hz新能源開機與不開機故障后頻率偏差對比1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n隨著新

6、能源滲透率的提升，新能源的隨機性和波動性會造成潮流大幅波動，潮流調控問題突出；同時，電網無功電壓支撐和調節能力下降。全社會光伏發電峰值超過900萬千瓦21.8967kV12:06:00912.4萬千瓦新能源導致20kV岑山變IV段母線電壓波動峰值21.8967kV1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n藏中聯網工程投運后，枯期受電方式下，藏中電網光伏最大接納能力為53萬千瓦，主要受頻率穩定約束，光伏低穿時有功跌幅大、恢復慢，交流通道中斷故障下嚴重惡化低頻問題。交流通道故障引發光伏進入低穿、西藏孤網頻率失穩光伏接納能力制約故障場景藏中聯網運行，芒左N-2線路故障，西藏頻率跌落

7、至48.8Hz1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n國外在新能源參與電網調頻方面已開展相關研究，新能源入網標準已明確新能源場站并網點應具備一次調頻功能n國內2016年在西北電網率先開展新能源參與電網一次調頻相關試點研究，隨后在華東電網、東北電網和山西等省份陸續開展相關研究并制定技術指標，并逐步步入實用化階段。國家能源局2018年第8號公告已批準電力行業標準電力系統網源協調技術規范DL/T1870，該標準明確新能源場站應具備參與電網快速調頻能力。1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議西北電網統籌考慮多種電源（調頻資源）調頻動態特性方面的差異，風電場和光伏

8、電站采用差異化的快速調頻參數設置。多種調頻資源間協調控制風電：一次調頻死區設定0.1Hz調差率為2%功率限幅為10%PN光伏一次調頻死區設定0.06Hz調差率為3%功率限幅為10%PN避免風機過于頻繁調整對設備的損耗發揮光伏電力電子器件快速調節優勢電網高頻擾動情況下，新能源場站有功功率降至額定負荷的10%時可不再向下調節；電網低頻擾動情況下，新能源場站根據實時運行工況參與電網頻率快速響應，不提前預留有功備用。1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議光伏/風電虛擬同步發電機能具備慣性和一次調頻特性，能快速調節有功功率輸出，阻尼電網頻率變化，有利于電網安全穩定運行慣量儲能單元光伏

9、組件控制系統控制模擬逆變電路濾波器同步機運行外特性u慣性u阻尼u一次調頻、調壓電網傳統光伏逆變器虛擬同步發電機電網頻率波動條件下有功功率響應特性對比1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰傳統逆變器/變流器三、關鍵問題及建議n隨著局部電網中風電、光伏占比的不斷升高，特高壓直流輸電逐步投運，電網運行與結構愈加復雜，電力系統功率平衡及調頻難度不斷加大，因此，亟需新能源場站加入到電網的調節，提高涉網性能，促進新能源持續健康發展。1參 數 優 化2頻 率 調 節控 制3慣 量 響 應控 制4電 壓 調 節控 制5寬 短 路 比適 應 性1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議風電場接

10、入電力系統技術規定第一部分：陸上風電（GB19963）已正式發布。2020年，開展風電場接入電力系統技術規定第二部分：海上風電編修訂工作。2020年，開展光伏發電系統接入配電網技術規定（GB/T29319）編修訂工作。2021年，開展光伏發電站接入電力系統技術規定（GB/T19964）編修訂工作。歐洲不同國家對風電低壓穿越的要求n新能源并網標準不斷修訂完善，要求新能源電站必須具備一定的有功控制、無功/電壓控制功能以及故障穿越和頻率控制的功能，并隨著滲透率提升，對新能源故障穿越能力要求更為嚴格。1.新能源發電并網支撐能力不足帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n加快相關標準修制訂工作。優化改善新能源電站

11、的一次調頻、慣量支撐、故障穿越、快速調壓、快速調頻等并網技術指標，加快新能源并網相關標準修制訂工作。同時針對分布式電源、儲能等加快開展相關標準修制訂工作，積極推動標準應用實施，規范新能源發電并網要求；n加速電力電子并網裝置的技術革新。進一步發揮電力電子裝備技術優勢，實現寬短路比適應能力、諧波電流控制能力、連續快速高低穿能力等電網支撐能力，全方位助力新能源發電實現從輔助電源到主力電源的角色轉變。n開展產品及服務認證工作。形成“標準、檢測、認證”一體化的并網管理體系，完善新能源發電并網管理制度，依靠先進的標準及必要的合格評定手段確保新技術的大規模部署。相關建議三、關鍵問題及建議2.未來分布式電源爆

12、發式增加帶來的挑戰2025年重點省份分布式電源裝機及發電情況裝機容量（萬千瓦）河北江蘇浙江安徽福建江西山東河南湖北湖南050010001500200025003000350040000%10%20%30%40%50%60%2200271629441740684112436062240116612922025裝機容量2025平均滲透率2025發電量占比以分布式光伏為代表的多源性與配網復雜性結構同時出現，正在極大改變配網特征，加大了配調運行操作、控制、方式調整、故障處理的復雜程度和安全風險。影響1：配調安全風險增大分布式光伏高比例接入區，雙向潮流導致的電壓變化增大，使電網電壓調節裕度下降；分布式光

13、伏高比例接入區，線路末端電壓不可控。影響2：配網運行壓力增加大規模分布式光伏接入，其出力波動性改變常規日負荷曲線特征，給基于歷史負荷曲線擬合分析的負荷預測帶來困難。影響3：負荷預測難度增大預計到“十四五”末，分布式電源總裝機將超過2.7億千瓦，局部地區滲透率甚至將超過50%；相應的電站數量預計將超過700萬座，配網電源高度離散化，配網調度模式將發生巨大變化。三、關鍵問題及建議分布式電源發電容量不斷提升，改變了配網結構和負荷特性，電壓控制和方式調整難度增高，電網連鎖故障風險增大，電網安全運行面臨新的挑戰。隨著特高壓工程投運，浙江、江蘇、安徽等省受端電網特征明顯，分布式光伏爆發式增長，與集中式光伏

14、、風電、水電等易形成疊加效應，加劇了電網調峰困難。影響1：電力平衡與調峰壓力不斷增加國慶、春節等假日，電網負荷下降明顯，無功大量過剩；在分布式光伏大發時，電網局部區域有功倒送嚴重，使系統電壓進一步提升，甚至越限，影響系統電壓穩定性。影響2：無功平衡電壓控制問題更加突出分布式光伏并網過于集中時，易導致并網點或母線電壓長期接近或超電壓上限運行，造成設備絕緣下降或損壞；光伏變流器等電力電子元件大規模接入電網，易導致諧波、電壓閃變、三相不平衡等電能質量指標超標。影響3：電能質量水平下降明顯2.未來分布式電源爆發式增加帶來的挑戰三、關鍵問題及建議國家于2018年正式啟動分布式發電市場化交易試點，各地政府

15、也陸續出臺分布式電源參與電力市場的文件。分布式電源參與電力市場對電網的安全校核，電力電量平衡，調度控制模式將帶來新的挑戰?！?.14”北美大停電事故2003年8月14日，北美東部系統發生了一連串的相繼斷開，最終導致了系統失穩，釀成有史以來最大規模的停電災難。100多個發電廠，包括22個核電廠，幾十條高壓輸電線路雪崩式停運。系統失去了61.8GW負荷。事故原因(1)電網建設滯后；(2)電網建設、電源建設、電力交易缺乏統一規劃；(3)電網備用容量不足。2.未來分布式電源爆發式增加帶來的挑戰三、關鍵問題及建議現行分布式電源相關文件有力支撐了分布式電源發展初期的并網需求；隨著分布式電源滲透率的快速提升

16、，電網對分布式電源控制需求凸顯；同時5G，物聯網等新興技術為分布式電源接入提供了新的模式；現行分布式電源管理規范需要進行修訂和完善，以適應分布式電源急劇增長的形勢。2.未來分布式電源爆發式增加帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n建議完善分布式光伏相關政策。鼓勵分布式電源自發自用和就地消納；針對分布式光伏高比例接入電網的技術需求，完善分布式光伏相關的技術標準。n嚴格落實分布式電源并網技術要求等政策標準。按照標準要求進行信息接入，嚴控設備入網檢測及現場驗收，加強功率控制、電壓調節、低電壓穿越、防孤島保護等運行特性檢測，嚴把入網關，推進華中、華北區域涉網性能核查整改工作。n加強分布式電源安全運行管理。試點

17、開展區域分布式電源運行在線評估和分析建模工作，利用5G等通信方式，進一步推廣分布式電源群調群控，試點分布式電源運行風險辨識。n研究覆蓋試點地區的高分辨率數值天氣預報。針對不同電壓等級并網的分布式電源，建立分布式電源的網格化功率預測模型，實現試點地區分電壓等級、分地區功率預測。相關建議三、關鍵問題及建議n電力供應安全由二次能源安全向一次能源供應安全轉變：受國際形勢、減煤降碳等影響，煤炭供應緊張、價格上漲，電力供應安全開始受到一次能源供給能力的影響。n新能源相關電力供應安全事故頻發：新能源出力具有與不確定性，疊加極端天氣影響，導致高比例新能源電力系統脆弱性加劇，加大供應安全風險。3.新能源爆發式增

18、長下電力供應保障帶來的挑戰三、關鍵問題及建議n新能源電力供應保障風險將繼續增大：國際能源署（IEA）研究報告指出，根據電力系統中新能源占比及對系統影響程度不同，新能源接入系統可劃分為6個階段，其中由第4階段開始，新能源對系統電力供應安全的影響開始凸顯，在第5、第6階段，新能源導致供需失衡的情況將進一步加重。不同國家及中國部分省份波動性可再生能源并網階段劃分3.新能源爆發式增長下電力供應保障帶來的挑戰三、關鍵問題及建議nESIG研究報告-電力供應安全評估方法與指標亟待革新：2021年8月美國能源系統并網組織（ESIG）1發布研究報告重新定義現代電力系統的資源充裕度2，報告分析了大規模波動性電源接

19、入后傳統電力系統資源充裕度分析存在的問題，提出了統資源充裕度分析原則。1:ESIG-EnergySystemsIntegrationGroup，前身是美國波動性電源并網組織（UVIG）。UVIG成立于1989年，是世界新能源研究領域的權威機構，主要從事風電和太陽能發電并網關鍵技術研究，國網公司是其會員單位。2:“RedefiningResourceAdequacyforModernPowerSystems”，2021年8月。3.新能源爆發式增長下電力供應保障帶來的挑戰三、關鍵問題及建議隨著大規模新能源逐步替代常規化石能源發電，電力供應安全主要受兩類因素影響：n電網運行時序：受到新能源大規模發展

20、、儲能技術快速進步、負荷靈活性增強等因素影響，現代電力系統的資源充裕度不再只關系負荷峰值時段，而是同系統運行的時序性特點日益相關。例如：新能源出力具有時序波動性、儲能充放電的時序、需求響應的時段限制等。n相關事件的疊加效應：傳統充裕度評估多考慮不相關的機械或電氣故障，而現在受天氣影響的相關性事件對充裕度影響很大。例如，極寒或者高溫天氣會同時造成新能源出力驟減和負荷徒增；極寒天氣導致煤炭、天然氣等一次能源供給中斷；發電機組受高溫或極寒天氣影響停運。3.新能源爆發式增長下電力供應保障帶來的挑戰三、關鍵問題及建議我國電力供應保障面臨新形勢：n電力需求保持較快增長，用電負荷夏冬雙高峰特征更加顯著n新能源跨越式增長與新能源供電支撐能力不足的矛盾凸顯n極端天氣引發電力供應保障風險n一次能源供應對電力供應保障影響加大國家電網經營區分產業用電情況光伏在晚高峰時刻出力基本為零3.新能源爆發式增長下電力保供帶來的挑戰三、關鍵問題及建議3.新能源爆發式增長下電力保供帶來的挑戰三、關鍵問題及建議相關建議n加快制定適應能源低碳轉型的電力安全評估方法，建立常態監測機制。n堅持“安全共擔”原則，合理劃分安全責任。n構建一次能源供應與電力電量平衡統籌協調機制。n拓展儲能、可中斷符合等需求側管理資源。匯報完畢，謝謝！