2024年6月3日，落基山研究所联合清华大学能源互联网创新研究院发布最新报告《高质量建成新型电力系统，加速发展低零碳灵活性资源》。作为落基山研究所聚焦电力系统灵活性与可靠性的系列研究之一，本报告从电力系统规划层面出发研究系统灵活性供需问题，通过提供能有效评估电力系统灵活性充裕度的分析工具，帮助政策制定者、系统规划运行方全面认识不同灵活性资源的作用及价值，继而推动源网荷储灵活性技术的统筹规划部署，为新型电力系统的高质量建设提供支撑。
来源：落基山研究所 作者：陈梓浩,高硕,李婷,刘雨菁,刘子屹,田嘉琳,张沥月
当前，电力系统的调节能力和支撑能力正面临着来自电源结构变化和日益增长的用电需求的双挑战。一方面，风光等新型电源自身具有间歇性、随机性、波动性特点，但其电力支撑能力较常规电源而言相对不足，因此，推进新能源大规模、高比例的发展必然伴随电力的安全稳定供应难度的增加，以及对系统调节需求的不断提升。另一方面，我国经济社会的发展将推动电力需求保持增长态势，随着尖峰负荷规模的持续增加，电力系统的调节需求也将随之提升。
尽管业内对于电力系统灵活性尚未建立国际公认的定义，但基于各家研究机构和组织的定义，报告总结出灵活性的四个特点：聚焦变化、需求多源、供给包容和时空敏感。电力系统灵活性在供需上具有很强的时间变化性，可从不同时间尺度对其进行刻画，如图表3所示，它可被分为超短时（时间尺度≤1分钟）、短时（1分钟＜时间尺度≤1天）、中时（1天＜时间尺度≤1月）和长时（时间尺度＞1月）四种级别。
当前，我国正持续推进各类灵活性资源建设，并在构建新型电力系统的过程中强调将柔性灵活作为重要支撑，对提升源网荷储灵活互动和需求侧响应能力不断提出新的要求。其中，不同类型的灵活性技术的调节特性、经济性、建设条件和排放水平均存在差异，图表13针对源侧、储侧、荷侧目前主要的灵活性技术从不同维度进行评价打分，充分展现了各技术适用于在不同的时间尺度上提供灵活性这一特点。与此同时，由于我国低碳灵活性技术发展尚不充分，各类技术的技术成熟度和商业化规模程度均在不同程度上有待提升。煤电作为现阶段主要灵活性资源，虽然具备技术可行、部署时间短、选址灵活等优势，但也面临灵活性改造带来的煤耗上升、设备运行年限下降、脱硫脱硝效果降低等问题。为更好地与“双碳”目标保持一致，高质量建成新型电力系统，我们必须充分认识到加速发展低零碳灵活性技术的重要性和迫切性，尽早、尽快降低对煤电作为灵活性资源的依赖，挖掘更具备经济效益和环境效果的更优方法并加速其规模化，才能在长期气候目标和短期应对手段的矛盾处理中获得更高的主动权。
在提高电力系统灵活性的过程中，相关政策制定者、系统规划和运行人员通过制定相应的指标体系来准确刻画系统灵活性充裕度情况，以此来有效评估各类资源在系统中的灵活性供应能力，从而敲定最优的灵活性资源部署和调用方案以充分激发各类灵活性资源的潜力。报告对目前国际通用的灵活性指标进行了总结（图表7所示），并在此基础上设计了一套能直观、准确地刻画系统的灵活性供需情况的指标体系，以供政策制定者、电力系统规划与运行工作者参考（如图表11所示）。
指标体系分为系统充裕度指标和资源灵活性指标两个部分。其中，系统充裕度指标可用于衡量当前系统是否缺乏向上向下灵活性，而资源灵活性指标则可用于指示该系统各类资源的灵活性相对大小。后者可按源、荷、储、省间互济等四个灵活性维度进行区分，以雷达图的形式构建指标体系；系统内网架结构的充裕程度则可作为其他资源灵活性的可交付性参与构建指标体系。资源灵活性指标分为参数类指标、可利用空间类指标和爬坡类指标，随着计算难度层层递进，它们对灵活性的描述准确性也会相应提高。
青海省灵活性指标应用案例介绍
基于公开电力数据，报告对青海省2023-2030年电力系统进行仿真模拟。结果显示，在既有政策情景下，青海省供电可靠性充足，虽然仍存在弃风弃光和向下爬坡缺额的问题，但随着各类电源和储能项目建成投产，其缺额程度将不断得到改善：源侧可调机组装机容量增加与尖峰负荷增加幅度接近，参数类指标变化幅度较小；但与此同时，随着源侧机组等效利用小时数下降，可利用空间指标也相应上升；综合来看，青海的一小时向上和向下调节空间依然较为充足。青海省抽水蓄能项目投产大幅提高了储侧参数类指标，并且储侧在可利用空间、向上和向下调节空间方面都很充裕。此外，尽管随着省内和省间输电通道利用率的不断提高，省内输电通道的可利用空间随之减少，但省间输电通道依然拥有充裕的可利用空间和向下调节空间。
广东省灵活性指标应用案例介绍
报告也对广东省2023-2030年电力系统进行了仿真模拟。结果显示在既有政策情景下，广东省不存在供电可靠性和可再生能源消纳问题，仅在个别时段存在向上爬坡缺额。此外，在广东省电力系统中，源侧资源作为其可调容量的主要来源，在目前的电力供应和灵活性调节中也发挥了重要作用，而储侧资源在可利用空间和向上向下调节空间都较充裕，在灵活性供应方面也同样拥有较大潜力。
本报告在既有政策情景的基础上对广东省设置了需求响应情景（加入负荷削减的需求响应能力）和严控煤电情景（在需求响应情景的基础上减少新增煤电装机）。需求响应情景降低了用电高峰时期的向上调节需求，进一步减少了顶峰火电发电量，从而降低系统碳排放。严控煤电情景仿真模拟结果显示，广东省的系统灵活性充裕度并未因此而受到影响，相反，由于剩余煤电机组的利用率提升，且需求响应电量和储能利用率的持续走高，低零碳灵活性资源的调节能力得到了更好的释放。
落基山研究所常务董事兼北京代表处首席代表李婷表示：“中国新型电力系统建设的高质量加速推进是能源绿色低碳转型的关键支撑，随着电力系统灵活性需求的不断提升和灵活性问题的逐步凸显，加速发展低零碳灵活性资源已成为构建‘安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合’的新型电力系统的关键任务之一。作为国际智库，落基山研究所始终关注能源高质量发展过程中的重点议题，并注重将基于国际行业趋势的深入洞察与切合我国实践的专业研究相结合，从技术手段等维度协助有效评估和深入研究电力系统灵活性，推动对低零碳灵活性资源的价值认识提高和发展路径识别，以更好地为新型电力系统的建设提供支撑。”
