電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟(jì)性

1、 HYPERLINK / 2021年10月 HYPERLINK / 專題報(bào)告 HYPERLINK / 電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟(jì)性與政策建議目 錄 HYPERLINK l _bookmark0 摘要 01 HYPERLINK l _bookmark1 1 背景 16 HYPERLINK l _bookmark2 2 電力系統(tǒng)靈活性 19 HYPERLINK l _bookmark2 21 電力系統(tǒng)靈活性定義 19 HYPERLINK l _bookmark3 22 靈活性需求分析 20 HYPERLINK l _bookmark4 23 靈活性平衡分析 23 HYPERLINK l _

2、bookmark5 3. 電力系統(tǒng)靈活性資源 25 HYPERLINK l _bookmark5 31 電源側(cè)資源 25 HYPERLINK l _bookmark5 煤電靈活性改造 25 HYPERLINK l _bookmark6 燃?xì)獍l(fā)電 32 HYPERLINK l _bookmark7 其他可控電源 33 HYPERLINK l _bookmark8 32 需求側(cè)資源 36 HYPERLINK l _bookmark8 負(fù)荷特性變化與優(yōu)化 36 HYPERLINK l _bookmark9 需求響應(yīng) 38 HYPERLINK l _bookmark10 電動(dòng)汽車(chē) 40 HYPERLI

3、NK l _bookmark11 微電網(wǎng) 41 HYPERLINK l _bookmark12 33 儲(chǔ)能資源 42 HYPERLINK l _bookmark13 短時(shí)儲(chǔ)能 43 HYPERLINK l _bookmark14 長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能 45 HYPERLINK l _bookmark15 綠氫儲(chǔ)能 46 HYPERLINK l _bookmark16 34 電網(wǎng)側(cè)資源 49 HYPERLINK l _bookmark17 專欄一 區(qū)域互濟(jì)與靈活性提升 51 HYPERLINK l _bookmark18 35 市場(chǎng)機(jī)制 52 HYPERLINK l _bookmark18 合理的市場(chǎng)機(jī)制釋

4、放靈活性 52 HYPERLINK l _bookmark19 國(guó)外典型靈活市場(chǎng)規(guī)則 54 HYPERLINK l _bookmark20 專欄二 更短期的市場(chǎng)交易與運(yùn)行管理提升靈活性 55 HYPERLINK l _bookmark21 我國(guó)市場(chǎng)規(guī)則調(diào)整 56 HYPERLINK l _bookmark22 36 新能源發(fā)電提供靈活性 57 HYPERLINK l _bookmark22 技術(shù)可行性 57 HYPERLINK l _bookmark23 配套政策機(jī)制 59 HYPERLINK l _bookmark24 國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn) 60 HYPERLINK l _bookmark25 4 資

5、源技術(shù)對(duì)比與經(jīng)濟(jì)性分析 62 HYPERLINK l _bookmark25 41 靈活性技術(shù)特性對(duì)比 62 HYPERLINK l _bookmark26 42 靈活性提升成本分析 64 HYPERLINK l _bookmark26 靈活性成本組成 64 HYPERLINK l _bookmark27 電源側(cè)資源提供靈活性的成本 65 HYPERLINK l _bookmark28 電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)提供靈活性的成本 67 HYPERLINK l _bookmark28 需求側(cè)資源提供靈活性的成本 67 HYPERLINK l _bookmark29 長(zhǎng)短時(shí)儲(chǔ)能提供靈活性的成本 68 HYPER

6、LINK l _bookmark30 43 資源提升靈活性的成本構(gòu)成 69 HYPERLINK l _bookmark31 5 電力系統(tǒng)靈活性提升效果分析 71 HYPERLINK l _bookmark31 51 系統(tǒng)靈活性提升分析框架 71 HYPERLINK l _bookmark32 52 靈活性資源評(píng)估 73 HYPERLINK l _bookmark33 53 靈活性多元提升 80 HYPERLINK l _bookmark34 多元組合提升系統(tǒng)效益 81 HYPERLINK l _bookmark35 多元提升情景橫向?qū)Ρ?82 HYPERLINK l _bookmark36 5

7、4 中短時(shí)間尺度靈活運(yùn)行差異 83 HYPERLINK l _bookmark37 6 電力系統(tǒng)靈活性提升路線圖 85 HYPERLINK l _bookmark38 7 研究結(jié)論與政策建議 89 HYPERLINK l _bookmark38 71 主要結(jié)論 89 HYPERLINK l _bookmark39 72 政策建議 91 HYPERLINK l _bookmark40 參考文獻(xiàn) 95 HYPERLINK l _bookmark41 附錄 97 HYPERLINK l _bookmark41 A 粗細(xì)顆粒度運(yùn)行模擬方法 97 HYPERLINK l _bookmark42 B 靈活

8、性多元提升情景設(shè)置 100 HYPERLINK l _bookmark43 C 典型日粗細(xì)顆粒度運(yùn)行模擬結(jié)果圖 104摘要在清潔化、低碳化和智能化的能源革命背景下，大力發(fā)展新能源，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)向新能源轉(zhuǎn)型，是經(jīng)濟(jì)與能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。2020 年 12 月，我國(guó)在氣候雄心峰會(huì)上宣布，到 2030 年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到 12 億千瓦以上。高比例新能源將成為未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和重要特征。傳統(tǒng)以煤電為主的電力系統(tǒng)中，新能源比例較低且負(fù)荷特性相對(duì)穩(wěn)定，源荷兩端供需不確定性和波動(dòng)性較低，依靠增加可控電源裝機(jī)的方式能夠保障電力系統(tǒng)供需平衡和安全穩(wěn)定運(yùn)行。但隨著集中式和分布式新能源大

9、規(guī)模并網(wǎng)，源、荷兩端呈現(xiàn)高度不確定性，電力系統(tǒng)的供電安全與穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)制趨于復(fù)雜，高比例新能源電力系統(tǒng)整體特征發(fā)生巨大改變。受制于靈活性資源短缺和電力運(yùn)行機(jī)制體制相對(duì)僵化，我國(guó)電力系統(tǒng)靈活性明顯不足，導(dǎo)致較長(zhǎng)時(shí)期存在新能源消納難題。若不加以重視和提升，未來(lái)我國(guó)電力系統(tǒng)靈活性困境將進(jìn)一步加劇，屆時(shí)靈活性不足將從制約新能源消納的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題擴(kuò)展至威脅電力供給安全性和經(jīng)濟(jì)性的雙重問(wèn)題。在此背景下，本報(bào)告首先探究了電力系統(tǒng)靈活性在不同時(shí)間尺度上的特點(diǎn)與內(nèi)涵，聚焦近中期電力系統(tǒng)靈活性需求特性的變化，劃分了靈活性類(lèi)型及其主要作用階段；其次系統(tǒng)梳理和對(duì)比了各類(lèi)靈活性資源技術(shù)的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和運(yùn)行機(jī)制；然后對(duì)不同靈

10、活性資源及組合參與的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了模擬分析，評(píng)估了系統(tǒng)靈活性提升成效及成本差異；最后設(shè)計(jì)了適于我國(guó)的電力系統(tǒng)靈活性提升路線圖，提出了“十四五”電力系統(tǒng)靈活性提升的相關(guān)政策建議。一、主要結(jié)論電力系統(tǒng)靈活性分析應(yīng)考慮方向性和時(shí)間特性，從電力供給和需求兩端提升系統(tǒng)短、中、長(zhǎng)時(shí)間尺度的向上和向下靈活調(diào)節(jié)能力。電力電量平衡是電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心，隨著波動(dòng)性電源并網(wǎng)比例擴(kuò)大，電力系統(tǒng)有功功率不平衡時(shí)電力供需兩端相互匹配調(diào)節(jié)的速率需求及幅度需求都明顯增加，需要資源更為靈活地調(diào)節(jié)發(fā)電出力或用電需求以滿足供需平衡。電力系統(tǒng)靈活性按照調(diào)節(jié)方式的不同可分為供給和需求的向上 / 下靈活性，供給向上靈活性和需求向

11、下靈活性分別通過(guò)電源提高出力和需求側(cè)資源降低需求來(lái)實(shí)現(xiàn)，保障電力供應(yīng)安全；供給向下靈活性和需求向上靈活性與之相反，主要為了增加新能源消納和減少資源浪費(fèi)，兩者側(cè)重解決的問(wèn)題不同。負(fù)荷曲線供給向上靈活性需求向下靈活性供需匹配風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電供給向下靈活性需求向上靈活性常規(guī)電源出力部分時(shí)段6:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00圖 1 電力系統(tǒng)靈活性維持供需平衡示意圖按照調(diào)節(jié)起始和終止點(diǎn)所跨時(shí)間尺度以及作用持續(xù)時(shí)長(zhǎng)不同，靈活性可分為短時(shí)間尺度、中時(shí)間尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性：短時(shí)間尺度靈活性應(yīng)對(duì)秒級(jí)、分鐘級(jí)供需

12、不平衡，進(jìn)行頻率調(diào)整；中時(shí)間尺度靈活性應(yīng)對(duì)小時(shí)級(jí)、跨日的電力供需不匹配問(wèn)題，主要解決系統(tǒng)調(diào)峰和運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題；長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性應(yīng)對(duì)跨周、跨季度乃至跨年的電力供需平衡問(wèn)題，保障靈活性容量充裕度。表 1 不同類(lèi)型的靈活性需求劃分時(shí)間尺度劃分時(shí)間尺度價(jià)值作用短時(shí)間尺度靈活性秒、分鐘功率擾動(dòng)發(fā)生后將電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在可控區(qū)間，應(yīng)對(duì)凈負(fù)荷瞬時(shí)波動(dòng)中時(shí)間尺度靈活性小時(shí)、日內(nèi)、多日功率 + 能量削峰填谷，平衡日內(nèi)調(diào)峰需求，優(yōu)化運(yùn)行長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性周、月、季度容量應(yīng)對(duì)緩慢但變化幅度大的可預(yù)見(jiàn)性電力需求變化，保障靈活性充裕度調(diào)節(jié)方式劃分應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)方式示例供給向上靈活性電力供給小于需求電源提高出力火電提高出力、儲(chǔ)能放

13、電、抽蓄發(fā)電需求向下靈活性用戶減少需求需求響應(yīng)中斷或轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求、電動(dòng)汽車(chē)放電供給向下靈活性電力供給大于需求電源壓減出力火電深度調(diào)峰、水電減少出力等需求向上靈活性用戶提高需求需求響應(yīng)轉(zhuǎn)移的負(fù)荷需求、電動(dòng)汽車(chē)有序充電、儲(chǔ)能充電等靈活性資源的對(duì)比選擇需重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性，需求響應(yīng)和煤電靈活性改造成本優(yōu)勢(shì)明顯，抽水蓄能和短時(shí)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)性能占優(yōu)。電力系統(tǒng)靈活性資源來(lái)源于源- 網(wǎng)- 荷- 儲(chǔ)各環(huán)節(jié)，不同靈活性資源技術(shù)特性差異明顯，提供靈活性的成本也各不相同，靈活性成本主要包括新改建投資成本、靈活運(yùn)行產(chǎn)生的額外運(yùn)維成本、加速折舊成本和發(fā)電收益損失的機(jī)會(huì)成本。表 2 部分資源靈活性特性資源類(lèi)型資源特性靈

14、活性提升特點(diǎn)運(yùn)行范圍（%）爬坡速率（Pn/ min）啟停時(shí)間 (h)調(diào)節(jié)方向調(diào)節(jié)時(shí)間尺度供/需向上/下供/需向下/上供/需向上/下速率供/需向下/上速率短時(shí)中時(shí)長(zhǎng)時(shí)電源側(cè)常規(guī)煤電未改造50-1001-2%6-10已改造30-1003-6%4-5燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)未改造80-1001-2%6-10已改造50-1003-6%4-5氣電20-1008%2常規(guī)可調(diào)節(jié)水電0-10020%1核電30-1002.5-5%儲(chǔ)能抽水蓄能-10010010-50%0.1電化學(xué)儲(chǔ)能-100100100%0.1綠氫需求側(cè)需求響應(yīng)用電負(fù)荷的 3-5%瞬時(shí)0微電網(wǎng)電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)側(cè)互聯(lián)互濟(jì)實(shí)現(xiàn)電力供需再空間的擴(kuò)展和互補(bǔ)，依靠提前簽

15、訂的送電協(xié)議運(yùn)行市場(chǎng)機(jī)制通過(guò)更靈活的市場(chǎng)發(fā)用電計(jì)劃申報(bào)機(jī)制、市場(chǎng)調(diào)度機(jī)制等優(yōu)化運(yùn)行；提出靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品，適宜的靈活性補(bǔ)償機(jī)制能夠釋放系統(tǒng)已有靈活性注： 1. 表中表示資源適宜程度，越多代表資源更適宜提供對(duì)應(yīng)靈活性。色塊表示技術(shù)具備的靈活性優(yōu)勢(shì)。表中煤電靈活性提升分析立足于煤電存量機(jī)組改造，重點(diǎn)在于改造前后煤電向下調(diào)節(jié)能力的提升。氣電、常規(guī)可調(diào)節(jié)水電和核電的靈活性提升分析立足于新建氣電、水電或核電機(jī)組。經(jīng)過(guò)靈活性改造的煤電機(jī)組最小出力能夠降至額定容量的 30%，適宜提供中時(shí)間尺度靈活性。靈活性成本主要包括單位調(diào)節(jié)容量改造成本 600-700 元，以及低負(fù)載運(yùn)行增加煤耗 14-20 克 / 千瓦時(shí)對(duì)

16、應(yīng)的可變成本；儲(chǔ)能和抽水蓄能能夠在 1-2 分鐘內(nèi)完成從零至滿出力的調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍為額定容量的-100%100%，其投資建設(shè)成本分別為 1.5 元/ 瓦時(shí)和 6300-7200 元 / 千瓦；需求響應(yīng)規(guī)模一般可達(dá)到最大負(fù)荷的 3-5%，考慮推廣費(fèi)用和相關(guān)智能設(shè)備以及管理平臺(tái)成本后，單位投資為 200400 元 / 千瓦，需求響應(yīng)提升系統(tǒng)靈活性的成本相較于其他資源更低。表 3 部分資源提供靈活性成本組成資源靈活性成本構(gòu)成固定成本投入 1成本增量機(jī)會(huì)成本電源側(cè)靈活性改造煤電常規(guī)煤電靈活性改造投資成本 2600-700 元 / 千瓦低負(fù)載運(yùn)行產(chǎn)生的可變成本增量 14-20 克 / 千瓦時(shí)機(jī)組的加速折

17、舊和部件磨損、更換成本增量損失部分發(fā)電收益燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)靈活性改造投資成本 2300-500 元 / 千瓦低負(fù)載運(yùn)行產(chǎn)生的可變成本增量機(jī)組的加速折舊和部件磨損、更換成本增量損失部分發(fā)電收益燃?xì)怆姀S建設(shè)投資成本氣電置換煤電：7013-9457元/ 千瓦 3運(yùn)行維護(hù)成本低負(fù)載運(yùn)行時(shí)高于 0.56-0.58 元/ 千瓦時(shí)常規(guī)水電頻繁變水流量導(dǎo)致水輪機(jī)葉片壽命損耗損失部分發(fā)電收益核電無(wú)燃料循環(huán)成本增量設(shè)備維護(hù)更換成本增量損失部分發(fā)電收益抽水蓄能投資建設(shè)成本 6300-7200 元 / 千瓦運(yùn)行維護(hù)成本電化學(xué)儲(chǔ)能投資建設(shè)成本1.5 元 / 瓦時(shí)運(yùn)行維護(hù)成本退役處置成本儲(chǔ)能投資建設(shè)成本綠氫1.71 元 /N

18、m3生產(chǎn)成本2065 元 / 千克運(yùn)輸成本3.913 元 /千克損失部分發(fā)電收益產(chǎn)生其余儲(chǔ)能投資建設(shè)成本生產(chǎn)成本運(yùn)行維護(hù)成本損失部分發(fā)電收益資源靈活性成本構(gòu)成固定成本投入 1成本增量機(jī)會(huì)成本需求響應(yīng)需求側(cè)前期平臺(tái)建設(shè)、設(shè)備更換等投入微電網(wǎng)主、微網(wǎng)連接的平臺(tái)建設(shè)、設(shè)備更換投入運(yùn)行維護(hù)成本中斷、轉(zhuǎn)移生產(chǎn)的機(jī)會(huì)成本200400 元 / 千瓦平臺(tái)建設(shè)和設(shè)備更換投入運(yùn)行維護(hù)成本中斷、轉(zhuǎn)移生產(chǎn)的機(jī)會(huì)成本電動(dòng)汽車(chē)充電樁 2000-6000 元其他成本約 70 元 /m2運(yùn)行維護(hù)成本電網(wǎng)側(cè)互聯(lián)互濟(jì)建設(shè)投資成本1.56 元 / 千米瓦運(yùn)行維護(hù)成本市場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行更短時(shí)調(diào)度策略、更靈活的運(yùn)行方式和市場(chǎng)機(jī)制有助于降低靈

19、活性成本機(jī)制1：區(qū)別于單位裝機(jī)容量的投資，此處為單位千瓦靈活性提升對(duì)應(yīng)固定成本投入2：為單位千瓦靈活性提升規(guī)模的成本，區(qū)別于電源裝機(jī)容量單位造價(jià)3：指通過(guò)氣電（最小出力為額定出力的 20%）替換煤電（最小出力為額定出力的 50%）的方式提升供給向下靈活性相同規(guī)模的不同靈活性資源投入所帶來(lái)的系統(tǒng)效益不同，合理配置靈活性資源，通過(guò)資源優(yōu)化組合提升綜合效益。模擬結(jié)果表明，電源側(cè)靈活性資源中煤電靈活性改造和新建抽水蓄能電站分別為成本和提升效果的第一梯隊(duì)。風(fēng)光滲透率約為 29% 的背景下，同樣提升系統(tǒng) 10GW 靈活調(diào)節(jié)能力時(shí)，煤電靈活性改造節(jié)約年投資運(yùn)行費(fèi)用 10 億元，對(duì)應(yīng)新能源棄電率從 5.7%

20、降低至 4.1%；新建抽水蓄能電站需額外付出 10 億元，但新能源棄電率顯著降低至 2.17%。總的來(lái)看，煤電靈活性改造提升效果較弱，但成本優(yōu)勢(shì)明顯；氣電置換煤電效果較好，但成本較高；新建抽水蓄能電站效果最好，成本稍高；新建儲(chǔ)能電站的靈活性提升效果略弱于抽蓄，投資運(yùn)行成本也稍低，但儲(chǔ)能當(dāng)前收益不明晰，整體經(jīng)濟(jì)性不佳。80成本差值（億元）40040806%6.3%463.5%5.6%5.2%3.2%1.6%2.6%2.7%1011016556368煤電改造氣電抽蓄儲(chǔ)能煤電改造氣電抽蓄儲(chǔ)能風(fēng)光低滲透率（29%）風(fēng)光高滲透率（54%）4%棄電率絕對(duì)降幅2%0%2%4%6%1208%發(fā)電可變成本煤電啟

21、停成本年化投資成本氣電啟停成本提升靈活性額外成本新能源棄電率降低圖 2 系統(tǒng)靈活運(yùn)行成本變化圖精細(xì)化的模擬分析有助于識(shí)別電力系統(tǒng)靈活性在不同時(shí)間尺度上面臨的挑戰(zhàn)，僅靠煤電靈活性改造難以滿足系統(tǒng)需求，需提前布局并加快其他靈活性資源開(kāi)發(fā)建設(shè)。粗顆粒度的運(yùn)行管理視角難以全面地體現(xiàn)電力系統(tǒng)靈活性需求，精細(xì)化的運(yùn)行模擬才能更全面地刻畫(huà)電力系統(tǒng)不同時(shí)間尺度的靈活性需求和靈活性供給能力。風(fēng)光出力波動(dòng)性對(duì)短時(shí)電力平衡的影響愈加顯著，電力系統(tǒng)短時(shí)間尺度靈活性需求增強(qiáng)，要求系統(tǒng)能夠更快速、頻繁地匹配供需平衡。15 分鐘和 1 小時(shí)顆粒度的運(yùn)行模擬結(jié)果顯示，氣電、抽蓄和儲(chǔ)能在 15 分鐘顆粒度的運(yùn)行中降低新能源棄電

22、率的效果略低于 1小時(shí)顆粒度的效果，但較為接近。然而，15 分鐘顆粒度的運(yùn)行下，煤電靈活性改造降低新能源棄電率效果明顯變差，較 1 小時(shí)顆粒度下的棄電率增加了近 5 個(gè)百分點(diǎn)。這表明煤電靈活性改造方式不適宜提供短時(shí)間尺度的靈活性，因此過(guò)度依賴煤電靈活性改造并不合理，系統(tǒng)需要更優(yōu)質(zhì)的快速調(diào)節(jié)資源來(lái)滿足短時(shí)靈活性需求。基準(zhǔn)情景煤電靈活性改造13.5%15.9%21.1%22.9%20.7%氣電抽水蓄能7.7%9.3%11.3%15.0%儲(chǔ)能0%5%10%13.2%15%20%25%新能源棄電率小時(shí)級(jí)15分鐘圖 3 各情景不同顆粒度典型日模擬結(jié)果另一方面，新能源發(fā)電占比提高后，系統(tǒng)電力供應(yīng)不確定性增

23、強(qiáng)，極端天氣下電力電量供應(yīng)不足的情況可能發(fā)生，提升長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性是電力供應(yīng)充裕性的有效保障，其中發(fā)展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是主要手段。抽水蓄能是目前廣泛應(yīng)用的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)方案，單位分鐘的爬坡能力為額定容量的 10%-50%，單位投資約為 6300-7200 元/ 千瓦，但受限于水庫(kù)容量，其持續(xù)放電時(shí)間一般為 6-12h，不能實(shí)現(xiàn)跨日乃至跨周的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)出力。壓縮空氣儲(chǔ)能、熔融鹽儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)都是具有發(fā)展前景的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，其中氫儲(chǔ)能在電力、交通和工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，新能源制氫將成為未來(lái)主流的制氫方式。源 - 網(wǎng) - 荷 - 儲(chǔ)各環(huán)節(jié)靈活性資源存在優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，靈活性多元提升方案能夠兼顧提升效果和經(jīng)濟(jì)性，

24、實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)多時(shí)間尺度靈活性的整體提升。多元組合提升能夠吸收各靈活性資源的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，實(shí)現(xiàn)靈活性提升效果和系統(tǒng)投資運(yùn)行成本的平衡。電源側(cè)多元提升情景和源荷側(cè)多元提升情景對(duì)比結(jié)果表明需求側(cè)資源能夠顯著降低靈活性提升的成本，源荷儲(chǔ)多元提升表明儲(chǔ)能資源能夠在較低成本投入的基礎(chǔ)上獲得較好的靈活性提升效果。因此，應(yīng)注重多元提升手段，充分挖掘源 - 網(wǎng) - 荷 -儲(chǔ)各環(huán)節(jié)靈活性資源，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)靈活性資源的協(xié)調(diào)發(fā)展和有序銜接，促進(jìn)電力系統(tǒng)靈活性的持續(xù)穩(wěn)定提升。近期大力推動(dòng)煤電靈活性改造和抽水蓄能建設(shè)，因地制宜建設(shè)氣電補(bǔ)充系統(tǒng)中短時(shí)靈活性，重視需求側(cè)資源開(kāi)發(fā)，完善儲(chǔ)能收益機(jī)制，通過(guò)市場(chǎng)化手段推動(dòng)儲(chǔ)能成本的降

25、低和規(guī)?；瘧?yīng)用。未來(lái)煤電向兜底保障電力型電源轉(zhuǎn)型，抽蓄、需求響應(yīng)、長(zhǎng)短時(shí)儲(chǔ)能等資源將在系統(tǒng)靈活性提升方面發(fā)揮重要作用。二、需求側(cè)管理優(yōu)化用電曲線實(shí)現(xiàn)靈活性供增需減隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，消費(fèi)對(duì)經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)起主導(dǎo)作用，第二產(chǎn)業(yè)用電比重穩(wěn)步下降，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電占比逐年提高。受經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式驅(qū)動(dòng)和第三產(chǎn)業(yè)及居民用電特性影響，我國(guó)電力負(fù)荷特性呈現(xiàn)日負(fù)荷峰谷差拉大、負(fù)荷冬夏季雙峰特征明顯和最大負(fù)荷增速高于用電等新特點(diǎn)。從保障電力供給安全和穩(wěn)定運(yùn)行的角度來(lái)看，負(fù)荷特性變化提高了電力安全穩(wěn)定供應(yīng)的難度?？芍袛嘭?fù)荷原負(fù)荷曲線 優(yōu)化曲線 峰谷差優(yōu)化負(fù)荷曲線負(fù)荷自發(fā)優(yōu)化可轉(zhuǎn)移負(fù)荷節(jié)能提效分時(shí)電價(jià)部分時(shí)段原

26、曲線峰谷差圖 4 需求側(cè)資源優(yōu)化負(fù)荷曲線示意圖需求側(cè)管理通過(guò)提前部署和調(diào)度需求側(cè)資源能夠引導(dǎo)用戶行為，優(yōu)化負(fù)荷需求曲線，降低電力供應(yīng)難度和成本，需求側(cè)資源優(yōu)化負(fù)荷曲線如圖 4 所示。具體而言，設(shè)計(jì)合理的電價(jià)機(jī)制以及提倡節(jié)能高效的生活方式等措施都能夠引導(dǎo)負(fù)荷用戶改變用電行為、自發(fā)優(yōu)化負(fù)荷曲線，在電力規(guī)劃和運(yùn)行管理之前或期間減少部分峰谷差、平滑和整體降低負(fù)荷曲線，提升電力系統(tǒng)的靈活性，繼而在運(yùn)行管理時(shí)調(diào)度可調(diào)用需求側(cè)資源，多環(huán)節(jié)多層次通過(guò)需求側(cè)管理降低電力安全穩(wěn)定運(yùn)行的難度和成本。形象地說(shuō)，需求側(cè)管理可使負(fù)荷先“自掃門(mén)前雪”，利用自身能力增供減需來(lái)部分解決靈活性難題。電力需求側(cè)管理的具體手段包括階

27、梯電價(jià)、分時(shí)電價(jià)、價(jià)格型需求響應(yīng)、激勵(lì)性需求響應(yīng)等。三、電力市場(chǎng)機(jī)制優(yōu)化完善釋放靈活性潛力市場(chǎng)本身并不創(chuàng)造新的靈活性，但通過(guò)對(duì)不同市場(chǎng)中交易機(jī)制的合理調(diào)整，可以使得系統(tǒng)中已有的靈活性潛力得到充分釋放，且激勵(lì)電力系統(tǒng)靈活性提升。在輔助服務(wù)市場(chǎng)中，針對(duì)高比例可再生能源接入系統(tǒng)帶來(lái)的短時(shí)靈活性需求，國(guó)外已有市場(chǎng)提出更為細(xì)分的靈活性產(chǎn)品，如快速爬坡產(chǎn)品（Flexible Ramping Products，F(xiàn)RP）等，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更細(xì)致的劃分，完善輔助服務(wù)市場(chǎng)對(duì)資源提供短時(shí)靈活性的補(bǔ)償和激勵(lì)機(jī)制，有助于市場(chǎng)提供功能更匹配的輔助服務(wù)，釋放短時(shí)間尺度的靈活性潛力。在現(xiàn)貨市場(chǎng)中，開(kāi)展更靈活的市場(chǎng)交易和允許更

28、短期的交易時(shí)間尺度，給予市場(chǎng)參與主體進(jìn)行出力或需求的近實(shí)時(shí)調(diào)整，以及系統(tǒng)對(duì)電廠近實(shí)時(shí)的調(diào)度的可能，能夠減少系統(tǒng)靈活性需求，充分釋放中時(shí)間尺度靈活性潛力。德國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中更短期的市場(chǎng)交易運(yùn)行結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。在容量市場(chǎng)中，基于合理的收益保障機(jī)制，激勵(lì)市場(chǎng)主體投資建設(shè)長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性資源，保障系統(tǒng)長(zhǎng)期靈活性容量充裕度，維持未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的靈活性資源充足供應(yīng)。跨周、跨月乃至跨季度、跨年相互關(guān)聯(lián)有機(jī)銜接長(zhǎng)時(shí)間尺度適時(shí)開(kāi)展建設(shè)，滿足緩慢增加的大規(guī)模向上出力需求容量市場(chǎng)保障長(zhǎng)期充裕度小時(shí)級(jí)、跨日中時(shí)間尺度市場(chǎng)機(jī)制靈活，交易時(shí)間尺度縮短秒級(jí)、分鐘級(jí)短時(shí)間尺度設(shè)計(jì)功能匹配的輔助服務(wù)產(chǎn)品電力現(xiàn)貨市場(chǎng)釋放中時(shí)

29、間尺度靈活性潛力輔助服務(wù)市場(chǎng)釋放短時(shí)間尺度靈活性潛力圖 5 電力市場(chǎng)釋放靈活性示意圖四、電力系統(tǒng)靈活性提升路線圖我國(guó)近中期電力系統(tǒng)靈活性提升的基本思路如圖 6 所示?！笆奈濉睍r(shí)期電力系統(tǒng)靈活性提升主要依靠煤電靈活性改造、新建抽水蓄能等資源，重視需求側(cè)資源建設(shè)和應(yīng)用。“十五五”時(shí)期，風(fēng)光滲透率進(jìn)一步提高，短時(shí)間尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性的重要性凸顯，系統(tǒng)靈活性提升主要依靠氣電、抽水蓄能、煤電靈活性改造和需求響應(yīng)等，儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車(chē) V2G 作為輔助資源參與靈活性調(diào)節(jié)?！笆濉睍r(shí)期，電力系統(tǒng)靈活性需求更多樣，包括短時(shí)間尺度、中時(shí)間尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度，電化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能、氣電、煤電和需求側(cè)資源將共同成

30、為保障電力系統(tǒng)靈活性的主力，其中靈活性提升貢獻(xiàn)主體為儲(chǔ)能和需求側(cè)資源。除此之外，成熟的電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)系統(tǒng)、完善的市場(chǎng)機(jī)制以及合理的電力規(guī)劃是充分釋放和發(fā)揮電力系統(tǒng)靈活性的物理基礎(chǔ)和機(jī)制保障，提升系統(tǒng)靈活性不僅要推動(dòng)靈活性資源發(fā)展，還應(yīng)重視電網(wǎng)建設(shè)，不斷完善市場(chǎng)機(jī)制，同時(shí)在規(guī)劃中要充分考慮不同時(shí)間尺度的靈活性需求。氣電短時(shí)儲(chǔ)能抽水蓄能電動(dòng)汽車(chē)煤電靈活性改造需求響應(yīng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能氣泡大?。嘿Y源發(fā)展規(guī)模主要靈活性資源發(fā)展初期的資源發(fā)展優(yōu)先級(jí)高低“十四五”時(shí)期“十五五”時(shí)期“十六五”時(shí)期圖 6 我國(guó)電力系統(tǒng)靈活性提升思路示意圖ERR 能研微訊 微信公眾號(hào)：Energy-report歡迎申請(qǐng)加入 ERR 能研微

31、訊開(kāi)發(fā)的能源研究微信群，請(qǐng)?zhí)峁﹩挝恍彰ɑ驅(qū)W校姓名），申請(qǐng)?zhí)砑又菐?kù)掌門(mén)人（下面二維碼）微信，智庫(kù)掌門(mén)人會(huì)進(jìn)行進(jìn)群審核，已在能源研究群的人員請(qǐng)勿申請(qǐng)；群組禁止不通過(guò)智庫(kù)掌門(mén)人拉人進(jìn)群。ERR 能研微訊聚焦世界能源行業(yè)熱點(diǎn)資訊，發(fā)布最新能源研究報(bào)告，提供能源行業(yè)咨詢。本訂閱號(hào)原創(chuàng)內(nèi)容包含能源行業(yè)最新動(dòng)態(tài)、趨勢(shì)、深度調(diào)查、科 技發(fā)現(xiàn)等內(nèi)容，同時(shí)為讀者帶來(lái)國(guó)內(nèi)外高端能源報(bào)告主要內(nèi)容的提煉、摘要、翻譯、編輯和綜述，內(nèi)容版權(quán)遵循 Creative Commons 協(xié)議。知識(shí)星球提供能源行業(yè)最新資訊、政策、前沿分析、報(bào)告（日均更新 15 條+，十年 plus 能源行業(yè)分析師主理）提供能源投資研究報(bào)告（日均更

32、新 812 篇，覆蓋數(shù)十家券商研究所）二維碼矩陣資報(bào)告號(hào)：ERR 能研微訊 訂閱號(hào)二維碼（左）丨行業(yè)咨詢、情報(bào)、專家合作：ERR 能研君（右)視頻、圖表號(hào)、研究成果：能研智庫(kù) 訂閱號(hào)二維碼（左）丨 ERR 能研微訊頭條號(hào)、西瓜視頻（右)能研智庫(kù)視頻號(hào)（左）丨能研智庫(kù)抖音號(hào)（右)| 12 |電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟(jì)性與政策建議在上述電力系統(tǒng)靈活性提升思路的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，參考各細(xì)分領(lǐng)域的相關(guān)規(guī)劃和政策文件要求，繪制出我國(guó)電力系統(tǒng)靈活性提升路線圖，如下圖 7 所示：電力系統(tǒng)靈活性多元提升路線圖資源發(fā)揮調(diào)節(jié)作用主要時(shí)期最大負(fù)荷的5% 7000萬(wàn)千瓦擴(kuò)大工業(yè)用戶需求響應(yīng)規(guī)模

33、最大負(fù)荷的5%電網(wǎng)與市場(chǎng)機(jī)制工商業(yè)需求響應(yīng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大工商業(yè)需求響應(yīng)發(fā)揮重要作用不同時(shí)期主力靈活調(diào)節(jié)資源加快電動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)電動(dòng)汽車(chē)V2G參與電力平衡市場(chǎng)主體放開(kāi) 電動(dòng)汽車(chē)有序充放電發(fā)揮作用負(fù)荷側(cè)負(fù)荷聚集商參與市場(chǎng)虛擬電廠、負(fù)荷聚合商參與市場(chǎng)居民負(fù)荷參與需求響應(yīng) 靈活性需求 長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能成本快速下降 分布式能源 電動(dòng)汽車(chē) 短時(shí)儲(chǔ)能靈活性資源主力抽水蓄能主要靈活性電源氣電調(diào)節(jié)電源煤電靈活性改造基本結(jié)束電力輔助調(diào)節(jié)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能推廣試點(diǎn)短時(shí)儲(chǔ)能大規(guī)模應(yīng)用1.5億千瓦源儲(chǔ)側(cè)獨(dú)立第三方主體工業(yè)需求響應(yīng)商業(yè)、居民響應(yīng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求側(cè)資源聚合商短時(shí)儲(chǔ)能3000萬(wàn)千瓦抽水蓄能1.2億千瓦短時(shí)新型儲(chǔ)能儲(chǔ)能氣電2.2

34、億千瓦抽水蓄能6200萬(wàn)千瓦氣電1.5億千瓦大力推動(dòng)煤電靈活性改造抽水蓄能供給側(cè)燃?xì)獍l(fā)電大型可控電源持續(xù)推進(jìn)煤電靈活性改造靈活性改造煤電203020352025電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)靈活市場(chǎng)體制機(jī)制更短時(shí)的優(yōu)化運(yùn)行管理充分釋放系統(tǒng)已有靈活性和挖掘靈活性潛力圖 7 我國(guó)電力系統(tǒng)靈活性提升路線圖五、政策建議1 明確靈活性資源發(fā)展定位，加強(qiáng)規(guī)劃統(tǒng)籌銜接，源網(wǎng)荷儲(chǔ)多維度協(xié)同提升新型電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力?！笆奈濉睍r(shí)期是能源低碳轉(zhuǎn)型的重要窗口期，可再生能源將進(jìn)入高質(zhì)量躍升發(fā)展新階段，必須加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，全方位提升系統(tǒng)靈活性，促進(jìn)可再生能源大規(guī)模、高比例、市場(chǎng)化、高質(zhì)量發(fā)展。明確靈活性資源在新型電力系統(tǒng)中的定

35、位，加快各類(lèi)靈活性資源開(kāi)發(fā)建設(shè)，提升新型電力系統(tǒng)對(duì)高比例可再生能源的適應(yīng)能力；改善新能源發(fā)電涉網(wǎng)性能，提升新能源存儲(chǔ)能力，統(tǒng)籌新能源高比例消納和系統(tǒng)整體優(yōu)化，科學(xué)制定新能源合理利用率指標(biāo)；立足區(qū)域特點(diǎn)，準(zhǔn)確評(píng)估不同時(shí)間尺度下新型電力系統(tǒng)靈活性需求，加強(qiáng)近中遠(yuǎn)期系統(tǒng)靈活性提升方案的銜接；加強(qiáng)各類(lèi)能源電力規(guī)劃方案的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，出臺(tái)靈活性資源專題規(guī)劃，加強(qiáng)各類(lèi)靈活性資源建設(shè)的銜接；全面細(xì)化分析源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)靈活性資源的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特性，科學(xué)評(píng)估不同靈活性資源組合的綜合效益，重視市場(chǎng)機(jī)制對(duì)靈活性資源潛力釋放的引導(dǎo)作用，推動(dòng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)多維度靈活性協(xié)同提升，更加經(jīng)濟(jì)地提升新型電力系統(tǒng)各階段的靈活調(diào)節(jié)能力。2 提

36、升電源側(cè)靈活性資源建設(shè)與利用水平，分步驟緊密銜接電源建設(shè)和靈活性挖掘策略?！笆奈濉睍r(shí)期，電力系統(tǒng)靈活性提升主要依靠煤電靈活性改造、新建氣電和抽水蓄能等資源，根據(jù)工程周期長(zhǎng)短按照煤電改造、氣電到抽水蓄能的順序做好項(xiàng)目建設(shè)銜接，把控靈活性能力持續(xù)提升的節(jié)奏；現(xiàn)階段通過(guò)改變現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)營(yíng)模式、進(jìn)行設(shè)備靈活性改造以及創(chuàng)新電廠靈活性發(fā)電方式提升系統(tǒng)靈活性；長(zhǎng)期需合理控制煤電裝機(jī)規(guī)模，強(qiáng)化多類(lèi)型靈活性電源的組合發(fā)展，通過(guò)調(diào)控多種靈活性電源的結(jié)構(gòu)占比降低系統(tǒng)提升靈活性的總成本。重視可再生能源自身的調(diào)節(jié)能力，深挖大規(guī)?？稍偕茉挫`活性潛力。利用數(shù)字化技術(shù)提升新能源出力的預(yù)測(cè)精度，配合更為精細(xì)的電網(wǎng)調(diào)度指令，

37、減少臨時(shí)調(diào)節(jié)需求，來(lái)“等效”提升系統(tǒng)靈活性；通過(guò)儲(chǔ)能和跨區(qū)輸電“改變”新能源的出力曲線，滿足本地的負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡；常規(guī)水電在適宜地點(diǎn)增設(shè)蓄水庫(kù)，獲得一定的調(diào)節(jié)能力；統(tǒng)籌靈活性提升與新能源發(fā)展，依據(jù)實(shí)際需求制定切實(shí)可行的差異化路線圖，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)靈活性提升“有主次、分先后、能互補(bǔ)”。3 加強(qiáng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及智能化升級(jí)，提升電網(wǎng)的靈活運(yùn)行能力和靈活性資源優(yōu)化配置能力。利用跨區(qū)輸電減輕送端省份新能源消納壓力，加強(qiáng)智能配電網(wǎng)建設(shè)更好支撐分布式能源發(fā)展，提升新能源的外送消納和就近消納水平；“十四五”期間著重提升跨省區(qū)輸電線路利用率，加強(qiáng)配套電源建設(shè)、開(kāi)發(fā)新能源輸電安全穩(wěn)態(tài)技術(shù)、消除省間交易壁壘，發(fā)揮特高

38、壓輸電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，重組電網(wǎng)格局，減少因電網(wǎng)阻塞而產(chǎn)生的額外靈活性需求；重視電網(wǎng)控制技術(shù)理念革新，在分布式電源大規(guī)模接入柔性直流配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化與故障主動(dòng)控制、交通網(wǎng)與分布式配電網(wǎng)的銜接融合、區(qū)域交直流配電網(wǎng)區(qū)間動(dòng)態(tài)估計(jì)、主配網(wǎng)協(xié)同的發(fā)用電優(yōu)化控制、靈活智能電網(wǎng)對(duì)源荷互動(dòng)和長(zhǎng)短期儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)化配比的兼容優(yōu)化等方面提升電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)能力。4 深挖負(fù)荷側(cè)資源系統(tǒng)價(jià)值，作為應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)高邊際成本問(wèn)題的關(guān)鍵手段。電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求的增加導(dǎo)致調(diào)節(jié)服務(wù)的邊際成本快速上漲，應(yīng)避免利用傳統(tǒng)電源滿足尖峰負(fù)荷所導(dǎo)致的極高單位供電成本；通過(guò)需求響應(yīng)資源（可中斷、可轉(zhuǎn)移、可調(diào)節(jié)負(fù)荷）的“削峰填谷”實(shí)現(xiàn)負(fù)荷曲線優(yōu)化

39、，降低電力系統(tǒng)調(diào)度平衡壓力；“十四五”期間需充分利用峰谷分時(shí)電價(jià)、需求響應(yīng)市場(chǎng)化報(bào)價(jià)等手段，引導(dǎo)用電負(fù)荷的時(shí)段性偏移，在基礎(chǔ)條件較好的地區(qū)實(shí)現(xiàn) 5% 甚至更高水平的需求響應(yīng)規(guī)模；鼓勵(lì)用戶的用電和運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新，使用電負(fù)荷更加契合新能源發(fā)電出力的時(shí)段性特征，形成“虛擬電廠”調(diào)節(jié)效應(yīng)。5 加快新型儲(chǔ)能創(chuàng)新進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的大規(guī)模電能時(shí)空調(diào)度。積極推動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)展，在“十四五”、“十五五”期間實(shí)現(xiàn)顛覆性的技術(shù)進(jìn)步和成本下降；擴(kuò)大以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的短時(shí)儲(chǔ)能在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的部署規(guī)模，重視用戶側(cè)電動(dòng)汽車(chē)、冰蓄冷、儲(chǔ)熱器等經(jīng)濟(jì)性儲(chǔ)能資源的利用；穩(wěn)妥推進(jìn)抽水蓄能建設(shè)，在北方地區(qū)大規(guī)模開(kāi)展熱電解耦，

40、通過(guò)橫跨數(shù)天的電 - 熱大規(guī)模集中轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)中時(shí)儲(chǔ)能效果；積極開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)，為高比例新能源電力系統(tǒng)長(zhǎng)周期平衡提供支撐保障，創(chuàng)造新的集群產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和商業(yè)模式。6 完善電力市場(chǎng)機(jī)制，引導(dǎo)靈活性資源在不同市場(chǎng)中更大程度釋放其靈活性潛力。需要?jiǎng)?chuàng)建快速響應(yīng)的實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場(chǎng)，將交易時(shí)間尺度縮短到分鐘級(jí)，使靈活性資源潛力通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制充分釋放。完善輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)，引入考慮快速爬坡能力、向上和向下爬坡速率以及響應(yīng)準(zhǔn)確度等特性的輔助服務(wù)新產(chǎn)品，對(duì)靈活性資源進(jìn)行合理定價(jià)，實(shí)現(xiàn)靈活性資源的優(yōu)勝劣汰。加快建設(shè)差異化的容量激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)建設(shè)具有快速響應(yīng)的容量設(shè)施和需求側(cè)響應(yīng)管理來(lái)削減短時(shí)尖峰負(fù)荷，增加靈活性容量

41、的價(jià)值，保障電力系統(tǒng)靈活調(diào)峰所需要的機(jī)組能夠通過(guò)容量市場(chǎng)回收資本成本并獲得一定的收益。1背景應(yīng)對(duì)氣候變化和能源危機(jī)背景下，綠色低碳轉(zhuǎn)型已成為實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)與能源可持續(xù)發(fā)展的廣泛共識(shí)。作為最大的能源消費(fèi)國(guó)，我國(guó)在 2014 年提出“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，尋求能源轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。2020 年，我國(guó)正式作出了“二氧化碳排放力爭(zhēng) 2030 年前達(dá)到峰值、2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和”的莊嚴(yán)承諾，著力解決資源環(huán)境約束突出問(wèn)題，推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，構(gòu)建現(xiàn)代能源體系。2021 年，中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)中明確提出，到 2030 年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總

42、裝機(jī)容量達(dá)到 12 億千瓦以上，高比例新能源將成為未來(lái)我國(guó)電力系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢(shì)和重要特征。傳統(tǒng)以煤電為主的電力系統(tǒng)中，新能源比例較低，電力負(fù)荷的不確定也相對(duì)較低，因此維持電力系統(tǒng)功率平衡、保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題通過(guò)增加可控電源裝機(jī)的方式就能夠得到解決。但隨著集中式和分布式新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)源、荷兩端都呈現(xiàn)出高度不確定性，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)理變得更加復(fù)雜，高比例新能源電力系統(tǒng)的整體特征發(fā)生巨大改變。新能源出力的不確定性和波動(dòng)性造成了電力系統(tǒng)在不同時(shí)間尺度和空間尺度上的電力電量不平衡問(wèn)題愈加凸顯，電力電量平衡由確定性向概率性轉(zhuǎn)變；未來(lái)新能源將逐步從集中式為主的發(fā)展方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺健?/p>

43、分布式并舉，系統(tǒng)中傳統(tǒng)的電能消耗者也可能成為電能的提供者，即產(chǎn)消者，電力系統(tǒng)將變得更加扁平化，配電系統(tǒng)從放射狀變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，源、荷界限也將更加模糊；系統(tǒng)靈活性資源短缺而靈活調(diào)節(jié)需求大幅增加，應(yīng)對(duì)持續(xù)增加的不確定性已成為當(dāng)前和未來(lái)電力系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)，系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行需要充分調(diào)動(dòng)“源 - 網(wǎng)- 荷- 儲(chǔ)”各類(lèi)資源的靈活性，才能保證系統(tǒng)在供給或需求發(fā)生變動(dòng)時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)。從我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀看，靈活性不足制約新能源消納的問(wèn)題尚未得到根本性解決。過(guò)去幾年，大量的棄風(fēng)、棄光問(wèn)題難以解決，棄風(fēng)率在 2016 年達(dá)到 17.1%，棄光率在 2014 年高達(dá) 10.5%。2016-2018 年間，我國(guó)棄

44、風(fēng)和棄光電量共計(jì) 1389 億千瓦時(shí) 1, 2。近些年由于新能源發(fā)電消納保障措施的實(shí)施和靈活性資源投入的加大，棄風(fēng)、棄光率逐步回落到 5% 以下。2021 年全國(guó)棄風(fēng)電量 206.1 億千瓦時(shí)，平均棄風(fēng)率降至 3.1%；棄光電量 67.8 億千瓦時(shí)，平均棄光率降至 2.1%3，如圖 1-1 所示。隨著新能源比例的逐步提升，電力系統(tǒng)凈負(fù)荷波動(dòng)加劇，峰谷差進(jìn)一步拉大，依靠現(xiàn)有火電和抽水蓄能的調(diào)節(jié)容量和調(diào)節(jié)能力難以滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的靈活性要求。除靈活性資源短缺外，我國(guó)電力系統(tǒng)靈活性的發(fā)展還面臨體制機(jī)制障礙。德國(guó)等歐洲國(guó)家在風(fēng)電、光伏發(fā)電比重大幅增加情況下，得益于統(tǒng)一的電力市場(chǎng)建設(shè)，并沒(méi)有出現(xiàn)持續(xù)性的

45、棄風(fēng)、棄光。電力市場(chǎng)使參與者能夠根據(jù)價(jià)格變化對(duì)電力生產(chǎn)與負(fù)荷的波動(dòng)及時(shí)地做出反應(yīng)，從而提供市場(chǎng)機(jī)制層面的靈活性。當(dāng)前我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)還處于起步階段，現(xiàn)貨市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)的相關(guān)制度以及定價(jià)機(jī)制皆不成熟。不完善的市場(chǎng)機(jī)制無(wú)法使源、荷兩側(cè)的靈活性完全發(fā)揮作用，阻礙了電力系統(tǒng)靈活性的提升。除此之外，隨著分布式新能源以及微電網(wǎng)的接入，源荷界限模糊化將導(dǎo)致電力系統(tǒng)中電能轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向流動(dòng)，傳統(tǒng)電力體制中“重輸輕配”的投資結(jié)構(gòu)使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，信息化自動(dòng)化水平低，無(wú)法應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型帶來(lái)的挑戰(zhàn)。為滿足電力系統(tǒng)靈活性發(fā)展需要，需促進(jìn)增量配網(wǎng)改革以推動(dòng)電力體制改革，加快配電網(wǎng)建設(shè)，使大量配電資產(chǎn)得到充分有效的利用

46、。1200010000億千瓦時(shí)8000600040002000020112012201320142015201620172018201920202021棄光電量棄風(fēng)電量光伏發(fā)電量風(fēng)電發(fā)電量棄風(fēng)率 棄光率18%17%17%16%16%11%12%10%11%10%8%7%6%3%4% 3%3%1%2% 2%2%16%14%風(fēng)光棄電率12%10%8%6%4%2%0%圖 1-1 2011-2019 年我國(guó)風(fēng)光發(fā)電量及棄風(fēng)、棄光率變化情況在上述各方面的綜合背景下，本報(bào)告探究電力系統(tǒng)靈活性內(nèi)涵和需求，分析靈活性資源特點(diǎn)和運(yùn)行機(jī)制，聚焦近中期電力系統(tǒng)靈活性需求的特點(diǎn)，基于不同靈活性資源的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)適合

47、我國(guó)現(xiàn)狀的靈活性提升路線，并提出“十四五”電力系統(tǒng)靈活性提升的相關(guān)政策建議。2電力系統(tǒng)靈活性電力系統(tǒng)靈活性定義目前國(guó)際上對(duì)于電力系統(tǒng)靈活性的研究?jī)?nèi)涵較為接近，但定義尚未統(tǒng)一，國(guó)際能源署（International Energy Agency，IEA）認(rèn)為電力系統(tǒng)靈活性是指在一定經(jīng)濟(jì)成本約束下電力系統(tǒng)快速響應(yīng)供需兩側(cè)大幅度功率與電能波動(dòng)的能力 4。北美電力可靠性協(xié)會(huì)（North American Electric Reliability Corporation，NERC）認(rèn)為電力系統(tǒng)的靈活性是指利用系統(tǒng)資源滿足負(fù)荷變化的能力 5。學(xué)者們提出的靈活性定義通常也包含調(diào)用資源、節(jié)約成本、應(yīng)對(duì)供需變化和

48、不平衡等關(guān)鍵要素 6-10。本報(bào)告認(rèn)為靈活性是主體為滿足特定目標(biāo)迅速改變?cè)袪顟B(tài)的能力，將電力系統(tǒng)靈活性定義為：電力系統(tǒng)的各類(lèi)資源快速改變自身發(fā)用電特性以維持系統(tǒng)有功功率平衡的能力。不論是以化石能源為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)還是新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)，電力供需平衡都是電力系統(tǒng)的核心。但在新型電力系統(tǒng)中，新能源的波動(dòng)性、不確定性以及需求側(cè)用電特性的顯著變化加大了保障電力平衡的難度，對(duì)電力供需調(diào)節(jié)速率及調(diào)節(jié)幅度的要求明顯增加，體現(xiàn)為各類(lèi)資源需要更為靈活地調(diào)節(jié)發(fā)電出力或用電需求以滿足供需平衡。靈活性需求分析隨著新能源并網(wǎng)比例提升，電力系統(tǒng)不確定性增加，電力系統(tǒng)靈活性需求的重點(diǎn)亦隨之變化，按照調(diào)節(jié)方

49、式和調(diào)節(jié)的時(shí)間尺度劃分靈活性需求類(lèi)型有助于準(zhǔn)確地分析靈活性需求變化趨勢(shì)和靈活性資源技術(shù)特性。按調(diào)節(jié)方式劃分電力系統(tǒng)供需平衡維持是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，1）若下一時(shí)段電力供給小于需求，電力系統(tǒng)需要電源提高出力或需求側(cè)削減負(fù)荷需求，滿足下一時(shí)段的電力供需平衡，定義為供給向上靈活性或需求向下靈活性。若供給向上靈活性和需求向下靈活性總和不足，系統(tǒng)電力安全和電能質(zhì)量難以保障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致失負(fù)荷情況，影響社會(huì)生產(chǎn)生活。2）若下一時(shí)段電力供給大于需求，電力系統(tǒng)需要通過(guò)壓減電源出力、儲(chǔ)能吸收多余電能或需求側(cè)提高負(fù)荷需求的方式達(dá)到電力平衡，定義為供給向下靈活性或需求向上靈活性。若供給向下靈活性和需求向上靈活性總和不足，會(huì)

50、導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光或棄水等資源浪費(fèi)情況，損害電力系統(tǒng)發(fā)電經(jīng)濟(jì)性，一定程度上限制新能源發(fā)展的積極性。不同方向上的靈活性需求原理如表2-1、圖 2-1 所示。表 2-1 不同方向靈活性需求原理應(yīng)用場(chǎng)景靈活性需求方向?qū)崿F(xiàn)方式示例電力供給小于需求供給向上靈活性電源提高出力火電提高出力、儲(chǔ)能放電、抽蓄發(fā)電需求向下靈活性用戶減少需求需求響應(yīng)中斷或轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求、電動(dòng)汽車(chē)放電電力供給大于需求供給向下靈活性電源壓減出力火電深度調(diào)峰、水電減少出力等需求向上靈活性用戶提高需求需求響應(yīng)轉(zhuǎn)移的負(fù)荷需求、電動(dòng)汽車(chē)有序充電、儲(chǔ)能充電等負(fù)荷曲線供給向上靈活性需求向下靈活性供需匹配風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電供給向下靈活性需求向上靈活性常規(guī)電

51、源出力部分時(shí)段6:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00圖 2-1 靈活性方向作用原理（2）按調(diào)節(jié)的時(shí)間尺度劃分按照系統(tǒng)供需起始狀態(tài)所跨的時(shí)間尺度和調(diào)節(jié)持續(xù)時(shí)間不同，將靈活性需求劃分為短時(shí)間尺度、中時(shí)間尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度三種類(lèi)型。系統(tǒng)靈活性在時(shí)間尺度上與電力系統(tǒng)安全性和容量充裕度存在耦合關(guān)系，短時(shí)間尺度的靈活性包含電力系統(tǒng)抗瞬時(shí)擾動(dòng)保障電力質(zhì)量的能力，長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性中的向上長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性體現(xiàn)電力系統(tǒng)滿足容量充裕度的能力。從短時(shí)的秒級(jí)至長(zhǎng)時(shí)間尺度的跨季節(jié)乃至年度靈活性具有連續(xù)性，短、中、長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性不

52、是割裂存在的，更長(zhǎng)時(shí)間尺度的靈活性部分隱含了更短時(shí)間尺度的靈活性，如圖 2-2 所示。7月1日8：007月1日18：00跨小時(shí)調(diào)節(jié)需求7月1日10：007月1日10：15分鐘級(jí)功率調(diào)節(jié)中時(shí)間尺度短時(shí)間尺度9:56 9:59 10:02 10:05 10:08 10:11 10:13 10:15 10:17 10:207:30 9:00 10:3012:0013:3015:0016:3018:00跨季節(jié)調(diào)節(jié)需求起始終止長(zhǎng)時(shí)間尺度1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月 11月 12月圖 2-2 不同時(shí)間尺度靈活性連續(xù)性高比例風(fēng)光發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)性影響下，電力系統(tǒng)短時(shí)功率波動(dòng)的頻度和幅度都更為復(fù)雜

53、且劇烈，短時(shí)間尺度靈活性能夠更好地調(diào)整供需功率波動(dòng)，保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，發(fā)揮功率價(jià)值。電力系統(tǒng)短時(shí)間尺度靈活性通過(guò)有功平衡完成頻率調(diào)整，對(duì)應(yīng)當(dāng)前電力市場(chǎng)輔助服務(wù)中的二次調(diào)頻，我國(guó)當(dāng)前電力系統(tǒng)以火電為主，在新能源滲透率仍較低時(shí)，可以依靠發(fā)電機(jī)組自身調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性和 AGC 調(diào)度實(shí)現(xiàn)頻率的一次調(diào)節(jié)和二次調(diào)節(jié)。但未來(lái)隨著風(fēng)光滲透率進(jìn)一步增加，以及可控傳統(tǒng)電源逐步退出，風(fēng)光高度波動(dòng)性影響下系統(tǒng)瞬時(shí)功率變化更為頻繁且幅值增加，產(chǎn)生短時(shí)間尺度靈活性需求，要求系統(tǒng)具備快速頻繁調(diào)節(jié)出力或改變負(fù)荷需求的功率支持能力，因此短時(shí)靈活性的價(jià)值主要體現(xiàn)為功率的快速改變。風(fēng)光發(fā)電的反調(diào)峰特性使得風(fēng)光發(fā)電電量消納難題突出，

54、中時(shí)間尺度靈活性主要解決小時(shí)級(jí)的有功功率平衡問(wèn)題，其中供給（需求）向下（上）靈活性通過(guò)跨小時(shí)的持續(xù)作用能夠促進(jìn)風(fēng)光消納，提高電力系統(tǒng)發(fā)電經(jīng)濟(jì)性，發(fā)揮功率和能量雙重價(jià)值。中時(shí)間尺度靈活性需求是目前較為常見(jiàn)的一種靈活性需求，解決小時(shí)級(jí)、跨日的調(diào)峰需求，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行優(yōu)化和成本節(jié)約。高比例風(fēng)光并網(wǎng)后，系統(tǒng)易出現(xiàn)峰谷時(shí)期供需不匹配的情況，利用中時(shí)間尺度靈活性資源發(fā)揮削峰填谷作用，能夠較好地優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，促進(jìn)新能源消納。由于中時(shí)靈活性需要資源持續(xù)出力，轉(zhuǎn)移電量和電力，因此資源滿足中時(shí)間尺度靈活性需求的價(jià)值體現(xiàn)在功率的連續(xù)改變和在時(shí)間維度上積分的電能量轉(zhuǎn)移。新能源發(fā)電占比不斷提高，但其對(duì)于傳統(tǒng)穩(wěn)定電源主要是電量

55、替代作用，缺少容量替代效益，使得負(fù)荷高峰時(shí)段容量充裕性短缺問(wèn)題凸顯。而長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性，尤其是供給向上和需求向下長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性，是經(jīng)濟(jì)地滿足電力跨月、跨季節(jié)乃至跨年供應(yīng)安全的有效手段，主要體現(xiàn)容量?jī)r(jià)值。長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性需求是指緩慢但變化幅度大的可預(yù)見(jiàn)的電力需求變化，通常為向上提高出力對(duì)應(yīng)的容量充裕度問(wèn)題。長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性需求主要受節(jié)假日、季節(jié)性用電特性和電源出力特性變化影響，由于長(zhǎng)時(shí)間尺度系統(tǒng)靈活性跨越周期長(zhǎng)且靈活性資源建設(shè)周期較長(zhǎng)，因此長(zhǎng)時(shí)靈活性容量充裕度應(yīng)在前期電力規(guī)劃中充分考慮，并提前部署，其價(jià)值主要體現(xiàn)為滿足跨周、跨月乃至跨季度的靈活調(diào)節(jié)需求的容量?jī)r(jià)值。三類(lèi)靈活性特點(diǎn)如表 2-2 所

56、示。表 2-2 不同時(shí)間尺度靈活性特點(diǎn)靈活性類(lèi)型短時(shí)間尺度靈活性中時(shí)間尺度靈活性長(zhǎng)時(shí)間尺度靈活性作用擾動(dòng)發(fā)生后將電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在可控區(qū)間，應(yīng)對(duì)瞬時(shí)波動(dòng)削峰填谷，平衡日內(nèi)調(diào)峰需求，優(yōu)化運(yùn)行應(yīng)對(duì)緩慢但變化幅度大的可預(yù)見(jiàn)性電力需求變化，保障靈活性充裕度跨越時(shí)間尺度秒級(jí) 分鐘級(jí)小時(shí)級(jí)、日內(nèi)或多日周、月及季度持續(xù)作用時(shí)長(zhǎng)數(shù)秒 數(shù)分鐘數(shù)小時(shí)數(shù)分鐘 數(shù)日價(jià)值功率功率 + 能量容量靈活性平衡分析靈活性平衡是指電力系統(tǒng)中資源在不同時(shí)間尺度和不同方向上的靈活性供給能力相較于靈活性需求的充裕度水平滿足要求。與傳統(tǒng)電力平衡方式不同的是新型電力系統(tǒng)中有功功率平衡的手段不再是電源跟蹤負(fù)荷，而是源荷互動(dòng)、源 - 網(wǎng) - 荷

57、- 儲(chǔ)共同應(yīng)對(duì)的方式。這樣的靈活性平衡方式下，可以是電源側(cè)電源靈活調(diào)節(jié)出力應(yīng)對(duì)供需兩側(cè)波動(dòng)，也可以是負(fù)荷調(diào)整匹配供需波動(dòng)，例如需求響應(yīng)。靈活性平衡分析首先要確定靈活性分析的時(shí)間尺度。不同時(shí)間尺度的靈活性需求對(duì)應(yīng)的電力平衡問(wèn)題不同，需求量不同，解決措施也不同。靈活性分析時(shí)間尺度作為平衡分析的邊界，影響著靈活性供應(yīng)充裕度多少；其次，預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)時(shí)間尺度下的負(fù)荷需求、波動(dòng)性電源出力和誤差范圍，較為精確的預(yù)測(cè)是確定需求、配置供給的前提；最后，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果確定負(fù)荷需求和波動(dòng)電源出力的波動(dòng)，保障系統(tǒng)靈活性供應(yīng)能力超過(guò)負(fù)荷和電源出力波動(dòng)范圍。舉例而言，為滿足中時(shí)間尺度的向上靈活性需求，單位小時(shí)內(nèi)電源提高出力的空

58、間與負(fù)荷削減需求的空間之和需要高于負(fù)荷需求增加的波動(dòng)量與電源降低出力的波動(dòng)量之和。3電力系統(tǒng) 靈活性資源電源側(cè)資源煤電靈活性改造中國(guó)的資源稟賦決定了燃煤發(fā)電的主導(dǎo)地位，過(guò)去煤電更多發(fā)揮基荷電源的作用。隨著新能源發(fā)電所占份額不斷增加，電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)能力的需求日益增長(zhǎng)，在儲(chǔ)能等資源尚未規(guī)?；瘧?yīng)用的階段，煤電機(jī)組參與調(diào)節(jié)成為必要手段，尤其在抽水蓄能電站較少的省份和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組居多的“三北”地區(qū)。（1）煤電靈活性改造目的煤電機(jī)組單機(jī)容量大、輸出穩(wěn)定，但未經(jīng)靈活性改造的火電機(jī)組調(diào)節(jié)范圍受限、調(diào)節(jié)速率慢且啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng) 11。以深度調(diào)峰能力為例，我國(guó)純凝汽式機(jī)組的最小穩(wěn)定出力通常為額定功率的 50%，而熱電

59、聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱工況下僅為額定功率的 80%，遠(yuǎn)低于國(guó)際先進(jìn)水平，如表 3-1 所示。煤電極不靈活的運(yùn)行方式和特性導(dǎo)致了系統(tǒng)調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，也成為我國(guó)新能源消納的關(guān)鍵掣肘。（2）煤電靈活性改造方式靈活性改造后煤電機(jī)組能夠顯著提高運(yùn)行靈活性，即適應(yīng)出力大幅波動(dòng)、快速響應(yīng)各類(lèi)變化的能力。目前，國(guó)內(nèi)煤電靈活性改造的核心目標(biāo)是降低最小出力、快速啟停、快速升降負(fù)荷等，其中降低最小出力即增加調(diào)峰能力，是目前最為廣泛和主要的改造目標(biāo)。煤電靈活性改造的方式主要包括鍋爐側(cè)的鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)、寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，汽輪機(jī)側(cè)的汽輪機(jī)通流設(shè)計(jì)與末級(jí)葉片性能優(yōu)化技術(shù)、供熱機(jī)組熱電解耦技術(shù)、提高負(fù)荷響應(yīng)速率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)和水

60、冷壁安全防護(hù)技術(shù)等。對(duì)于常規(guī)火電機(jī)組改造，包括對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)等主機(jī)設(shè)備的改造，也包括對(duì)控制系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、冷凝水系統(tǒng)等輔助設(shè)備的改造；對(duì)于供熱機(jī)組，在上述改造基礎(chǔ)上，還可進(jìn)一步通過(guò)低壓缸旁路改造、增加蓄熱罐、增加電鍋爐等方式，改變?cè)邪l(fā)電與供熱間的耦合關(guān)系，釋放機(jī)組的運(yùn)行靈活性。（3）煤電靈活性改造成效煤電機(jī)組的最小穩(wěn)定出力在通過(guò)熱電解耦、低壓穩(wěn)燃等技術(shù)改造后，在純凝工況下可以降至 20%-30% 的額定容量，供熱工況下也能降至 50% 左右，有效避免通過(guò)增加啟停次數(shù)的方式消納新能源，能顯著減少排放、降低成本。未改造前的煤電機(jī)組爬坡速率一般為 1-2% 額定容量/ 分鐘，經(jīng)過(guò)改造后部分新機(jī)組的