碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)

國家海外高層次人才、華南理工大學(xué)EE

Fellow,

IET

Fellow,

CSEE

Fellow

主要內(nèi)容

背景

風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析

新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理

結(jié)論及前景展望

主要內(nèi)容

背景

風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析

新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理

結(jié)論及前景展望國家主席習(xí)近平2020年9月22日在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上發(fā)表重

要講話：“

中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取

更加有力的政策和措施，二氧化碳排放

力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取

2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。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”。1

背景?碳中和（

carbon

neutral,

or

carbon

neutrality），是指中立的（即零）總碳

量釋放，透過排放多少碳就作多少抵銷措施，來達(dá)到平衡。?碳中和推動(dòng)使用可再生能源，以改善因燃燒石化燃料而排放到大氣中的二氧化碳；

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

衡不增加。?最近，亞洲一些國家如

日本、韓國也相繼宣布了各自實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。?近日，歐盟碳價(jià)一路“高歌猛進(jìn)”

，在近半個(gè)月的時(shí)間里多次沖破30歐元/噸的歷

史高點(diǎn)。?歐盟碳價(jià)的不斷上漲將有利于歐盟實(shí)施淘汰煤電的長期戰(zhàn)略，一路走高的碳價(jià)將不

斷削弱煤電投資的潛在利潤，進(jìn)而將壓縮煤電在歐盟電力供應(yīng)中所占的份額。?同時(shí)，碳價(jià)提高也有利于歐盟地區(qū)發(fā)展清潔能源技術(shù)，未來可再生能源、核能、氫

能以及碳捕捉封存等項(xiàng)目預(yù)計(jì)將獲得更多青睞。1

背景

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)?習(xí)近平總書記提出我國碳達(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

能源為主體的新型電力系統(tǒng)。?新型電力系統(tǒng)應(yīng)是適應(yīng)大規(guī)模高比例新能源發(fā)展的全面低碳化電力系統(tǒng)。?到2030年前后新能源裝機(jī)占比有望達(dá)到50%，將成為電力系統(tǒng)的主體電

源。?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

消納新能源的格局，適應(yīng)大規(guī)模高比例新能源的開發(fā)利用需求。?新型電力系統(tǒng)應(yīng)是充分保障能源安全和社會(huì)發(fā)展的高度安全性電力系統(tǒng)。?新型電力系統(tǒng)應(yīng)是符合未來靈活開放式電力市場體系的高效率電力系統(tǒng)。1報(bào)告主題背景—新型電力系統(tǒng)

如何構(gòu)建新型電力系統(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)揮某著名企業(yè)資源配置的平臺作用；二要推動(dòng)堅(jiān)強(qiáng)局部某著名企業(yè)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

水平。2.

要著力提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力通過電源側(cè)、某著名企業(yè)側(cè)、需求側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)等方方面面來推動(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

特點(diǎn)，通過系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)變成友好的、確保用戶供應(yīng)的新型系統(tǒng)。1報(bào)告主題背景—新型電力系統(tǒng)

如何構(gòu)建新型電力系統(tǒng)3、要著力推動(dòng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的互動(dòng)融合，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率供給側(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

例新能源充分利用與多種能源和諧互濟(jì)，提升電力的綜合能源服務(wù)水平。4、要著力加大新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的集中攻關(guān)、試驗(yàn)示范、推廣應(yīng)用促進(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

合，形成具有我國自主的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)體系。5、推進(jìn)電力市場建設(shè)和體制機(jī)制創(chuàng)新通過電力市場機(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

速發(fā)展的統(tǒng)一開放、競爭有序電力市場體系。1報(bào)告主題背景—新型電力系統(tǒng)

主要內(nèi)容

背景

風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析

新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理

結(jié)論及前景展望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

國加大發(fā)展可再生能源。

尤其是風(fēng)電發(fā)

展規(guī)模大。我國可再生能源領(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1000億美元。250200150100500

WPCapacity

(GW)BillionYuan2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析2019年世界十大國家風(fēng)電裝機(jī)情況WPCapacity

(GW)20132014

2015

2016

2017

2018

2019150100500降幅大國際可再生能源署（IRENA），2019年太陽能發(fā)電和陸

上風(fēng)電的成本進(jìn)一步下降：?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)。聚光熱發(fā)電光伏發(fā)電海上風(fēng)電陸上風(fēng)電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87%

。其中，中國市場鋰電池組平均價(jià)格已低至147美元/千瓦時(shí)，為世界最低。2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析電動(dòng)汽車具有儲(chǔ)能潛力預(yù)計(jì)到2030年:僅

電

動(dòng)

汽

車

的

電

池

容

量

將

達(dá)

到

57

億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。2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析2%12%10%8%6%4%2%0%10%

>10%20152016

2017

2018

2019l

造成有功不平衡，被迫棄風(fēng)/光；l

增加系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度難度/不確定性；l

造成線路潮流越限。

消納形勢嚴(yán)峻近年來中國風(fēng)電棄光率情況17%12%7%4%2016年棄風(fēng)率近年來中國風(fēng)電棄風(fēng)率情況----"20%

----"

l

不可調(diào)度性l

隨機(jī)波動(dòng)性l

反調(diào)峰特性2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析

可再生能源對某著名企業(yè)運(yùn)行的影響15%10%5%0%對某著名企業(yè)調(diào)度的影響高達(dá)17%6%

3%15%發(fā)電能力

市場需求可再生電源靈活性資源不足負(fù)荷需求l

市場總體供需不平衡，系統(tǒng)靈活性資源配置與挖掘不足。供需不平衡2風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析

主要內(nèi)容

背景

風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r及分析

新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理

結(jié)論及前景展望需求側(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)字某著名企業(yè)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

高效運(yùn)行，這將有效匯聚海量可調(diào)節(jié)資源支撐電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。l

虛擬電廠：利用數(shù)字技術(shù)在線組建虛擬電廠，將分散的電源和柔性負(fù)荷聚小成多，能促進(jìn)發(fā)電

側(cè)與負(fù)荷側(cè)雙向互動(dòng)。這在傳統(tǒng)物理某著名企業(yè)是做不到的，數(shù)字某著名企業(yè)卻可以實(shí)現(xiàn)。l

微某著名企業(yè)

：配某著名企業(yè)呈現(xiàn)交直流混合柔性某著名企業(yè)與微某著名企業(yè)等多種形式協(xié)同發(fā)展態(tài)勢。微某著名企業(yè)技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新平臺經(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能。智能微某著名企業(yè)能夠提高供電可靠性和解決高滲透率分布式電源并網(wǎng)問題，將逐步在城市中心、工業(yè)園區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)等推廣應(yīng)用。l

交通電氣化

：電動(dòng)汽車規(guī)?；鲩L將促進(jìn)路網(wǎng)與某著名企業(yè)的深度融合，為能夠適應(yīng)日益增長的交通

電氣化需求，未來將打造電動(dòng)汽車+數(shù)字某著名企業(yè)深度互動(dòng)的智慧能源網(wǎng)絡(luò)。l

本章節(jié)先提出需求側(cè)能源系統(tǒng)面臨的主要問題，并從虛擬電廠、微某著名企業(yè)、交通電氣化三個(gè)典型技術(shù)領(lǐng)域?qū)π滦碗娏ο到y(tǒng)的需求側(cè)能效管理展開說明。3新型電力系統(tǒng)需求側(cè)能效管理用戶作為能源受體，無法承受昂貴的綜合能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等設(shè)備成本，阻礙多能耦合發(fā)展。產(chǎn)生的能源小數(shù)據(jù)沒有得到充分利用，缺乏用戶側(cè)數(shù)據(jù)分析和決策支持。用戶用能多樣化但缺乏多能互補(bǔ)的優(yōu)勢，能源利用效率不高，需促進(jìn)新能源就地消納。多能互補(bǔ)優(yōu)勢發(fā)揮不充分綜合能源服務(wù)成本較高能源小數(shù)據(jù)沒有得到充分利用實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)供應(yīng)，提高社會(huì)能源供用的靈活性與安全性。

需求側(cè)能源系統(tǒng)面臨的六個(gè)問題新型電力系統(tǒng)和綜合智慧能源系統(tǒng)可以有效地提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)可再生能源的規(guī)?；_發(fā)，3.1需求側(cè)能源系統(tǒng)存在的問題123主要體現(xiàn)在多能源、多環(huán)節(jié)、

多時(shí)間尺度、

多

目標(biāo)、大規(guī)模、非線性等。電能、氫能等新能源汽車的快速發(fā)展對能源網(wǎng)

的調(diào)度控制、充能設(shè)施規(guī)劃產(chǎn)生新要求。需求側(cè)用戶缺乏能源互濟(jì)、

閑置資產(chǎn)復(fù)用的能

源市場機(jī)制。3.1需求側(cè)能源系統(tǒng)存在的問題

需求側(cè)能源系統(tǒng)面臨的六個(gè)問題需求側(cè)協(xié)同調(diào)度理論及優(yōu)化方法復(fù)雜性需求側(cè)能源、設(shè)備存在利用率不高現(xiàn)象新能源汽車的接入產(chǎn)生新要求+645

虛擬電廠（VPP）l

利用數(shù)字技術(shù)在線組建的虛擬電廠可以

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或聚合輔助服務(wù)。l

通過虛擬發(fā)電廠的運(yùn)行機(jī)制實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能

源與新能源之間的互補(bǔ)協(xié)同調(diào)度與某著名企業(yè)

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

與交VPP管理與控制系統(tǒng)某著名企業(yè)服務(wù)實(shí)時(shí)通信接口微某著名企業(yè)某著名企業(yè)自動(dòng)化電力存儲(chǔ)單元說明：VPP可能包括電單元，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)中通過通信媒介與VPP管控系統(tǒng)進(jìn)行信息

交互，實(shí)現(xiàn)VPP各單元的統(tǒng)一調(diào)度管理與控制。3.2虛擬電廠技術(shù)一個(gè)典型的含分布式能源的VPP架構(gòu)電力生產(chǎn)單元電力消耗單元外部接口

VPP投資組合優(yōu)化與協(xié)調(diào)l

虛擬電廠組合優(yōu)化與容量配置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。l

虛擬電廠組合優(yōu)化與協(xié)同a)虛擬電廠可控單元組合優(yōu)化與協(xié)同b)參與市場交擬電廠的組合優(yōu)化與協(xié)同虛擬電廠通過先進(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)合起來，作為一個(gè)獨(dú)立的特殊的電廠進(jìn)行操作運(yùn)行。3.2虛擬電廠技術(shù)一個(gè)典型的含分布式能源的VPP架構(gòu)

微某著名企業(yè)四個(gè)主要發(fā)展趨勢傳統(tǒng)微某著名企業(yè)隨著智慧控制

技術(shù)的加入轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芪⒛持髽I(yè)

，而隨著數(shù)字化技術(shù)與微某著名企業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合，使得微某著名企業(yè)清潔化、多能化、微型化和開放化成為可能。3.3新能源微某著名企業(yè)技術(shù)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。l

能量型蓄電池參與經(jīng)濟(jì)調(diào)

度、

平緩并網(wǎng)功率波動(dòng)。l

功率型超級電容實(shí)時(shí)抑制

高頻功率波動(dòng)。

新能源微某著名企業(yè)面臨挑戰(zhàn)1：源荷雙側(cè)功率波動(dòng)3.3新能源微某著名企業(yè)技術(shù)1.互補(bǔ)混合儲(chǔ)能2.滾動(dòng)優(yōu)化調(diào)度解決技術(shù)與方案功率波動(dòng)源光伏出力風(fēng)機(jī)出力負(fù)荷需求

新能源微某著名企業(yè)面臨挑戰(zhàn)2：分布式新能源消納能源共享實(shí)現(xiàn)新能源消納美國能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米·里夫金在他的《第三次工業(yè)革命》

一書中認(rèn)為，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將與可再生能源相結(jié)合，在能源生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)上實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣域能源共享。作為一種新興商業(yè)模式，共享能源機(jī)制要求使用權(quán)和所有權(quán)相分離。

目前，隨著共享單車在全國各大城市迅速鋪開，“共享經(jīng)濟(jì)”

的概念迅速普及，共享汽車也隨之悄然進(jìn)入了人們的視野。

由于能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)能源電力的共享經(jīng)濟(jì)模式，因此建立市場

機(jī)制、實(shí)現(xiàn)商業(yè)互聯(lián)至關(guān)重要。市場的關(guān)鍵在于賦予供需雙方自由競爭、

自由選擇的權(quán)利。通過閑置資產(chǎn)和服務(wù)的再分配、共享和重

復(fù)利用實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。3.3新能源微某著名企業(yè)技術(shù)

新能源微某著名企業(yè)面臨挑戰(zhàn)2：分布式新能源消納例如，家庭微某著名企業(yè)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)：l

降低用戶對設(shè)備的投資成本，促使其他用戶改變用電行為；l

促進(jìn)剩余能源在用戶之間的互濟(jì)和提高能源設(shè)備的利用率；l

用戶在共享能源/設(shè)備的同時(shí)可以獲得相應(yīng)的收益進(jìn)一步提高用能的經(jīng)濟(jì)性。3.3新能源微某著名企業(yè)技術(shù)傳統(tǒng)的RMG面臨一些亟待解決的問題：①

PV、風(fēng)力渦輪機(jī)和電池通常需要足夠的物理空間。②

RES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。l

能源共享云（華南理工大學(xué)愛思科團(tuán)隊(duì)提出）定義為一個(gè)由云平臺和云用戶群構(gòu)成的開放式

能源共享環(huán)境，兼顧區(qū)域微某著名企業(yè)與能源產(chǎn)消者的優(yōu)勢。

ACBUS

AC/DC

AC/DCDC/DC

DC/ACSMCloudEMCPVGSESSWTGS華南理工大學(xué)愛思科團(tuán)隊(duì)研究成果：S.

Li,J.Zhu*,Z.Chen,andT.

Luo,

"Double-layer

energy

management

system

based

on

energy

sharing

cloud

for

virtual

residential

microgrid,"ShiftableloadAdjustableloadNon-controllableloadSMHomeEMCACBUS

新能源微某著名企業(yè)面臨挑戰(zhàn)2：分布式新能源消納SMAC

BUS

SHAsSMHomeEMC Non-controllableload Shiftableload AdjustableloadAC

BUS

SHAs3.3新能源微某著名企業(yè)技術(shù)用戶①用戶②用戶③Shiftableload能源共享云架構(gòu)能源聚合商AdjustableloadNon-controllableload主某著名企業(yè)云用戶虛擬家庭

微某著名企業(yè)HomeEMCACBUSSHAsAC/AC~===~~~=~=

用戶級智慧能源系統(tǒng)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，不同類型能源間存在深度耦合關(guān)系。?用戶級智慧能源系統(tǒng)又可稱

為微能源網(wǎng)，區(qū)域級智慧能源

系統(tǒng)內(nèi)可含有眾多的微能源網(wǎng)。需求側(cè)智慧能源系統(tǒng)屬于局域能源系統(tǒng)，是通過對區(qū)域或用戶能源的生產(chǎn)、傳

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

銷一體化系統(tǒng)。

新能源微某著名企業(yè)面臨挑戰(zhàn)3：多能源能源互補(bǔ)3.3新能源微某著名企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)荷轉(zhuǎn)網(wǎng)源

電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)劃l

電動(dòng)汽車是當(dāng)前新能源汽

車的主要代表；l

電動(dòng)汽車的發(fā)展推動(dòng)了電

網(wǎng)公司建設(shè)數(shù)字某著名企業(yè)、

推

動(dòng)某著名企業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型；