2022高比例可再生能源并網(wǎng)

criticalpeakpricing dispatchableintermittentresource demandresponse energyimbalancemarket effectiveloadcarryingcapacbility effectiverampingcapability ElectricReliabilityCouncilofTexas expectedunservedenergy FederalEnergyRegularoryCommission insufficientyrampingresourceexpectation lossofloadexpectation lossofloadhours lossofloadprobability minimumgeneration megawatt megawatt-hour periodofflexibilitydeficit productiontaxcredit regionaltransmissionorganization real-timepricing SouthwestPowerPool timeofuse 需求響 儲 其他規(guī)劃考慮因素/問 6CAISO201813 圖16.2008–2014年按市場劃分?PJM需求響應(yīng)收 圖17.CAISO基于可靠性?需求響應(yīng)?機 圖19.MISO中遵守可調(diào)度間歇性資源協(xié)議?風(fēng)力發(fā)電廠調(diào) 圖20.FlexiRamp單周期、當前時間步長多周期（綁定）和下一時間步長多周期（咨詢）靈活發(fā)電機(G1)和不太靈活發(fā)電機(G2)CAISOFlexiRamp輔助服務(wù)產(chǎn)品?比 圖21.循環(huán)成本，雖然對于電廠所有者來說可能非常巨大，但由于可再生能源并網(wǎng)，對系統(tǒng)整體 表A-1.每年以及在需求最大?20小時期間，在科羅拉多州測試系統(tǒng)中提供電力?需求響應(yīng)?可用 2011）。近年來，可再生能源并網(wǎng)和系統(tǒng)靈活性之間?關(guān)系受到密切關(guān)注（Holttinen等，2013）。美國?并網(wǎng)研究表明，當波動性能源發(fā)電供應(yīng)超過系統(tǒng)年度用電需求?30%時，系統(tǒng)靈活性?需求顯著增加（假定隨著波動性能源發(fā)電逐漸增加至該水平，系統(tǒng)進行了某些運營方面?改進）（enhomn，201）。類似?結(jié)論也可在中國?風(fēng)電30%Li2015)。然而，30%?情況下，某些地區(qū)（如吉林和新FoundationFundCIFFeneabeFriendlyGridDevelopment陽能逆變器,連同自動發(fā)電控制，現(xiàn)可提供模擬頻率響應(yīng)和慣性響應(yīng)，甚至可以響應(yīng)調(diào)度于一些像市場結(jié)算過程這樣簡單?因素而被阻撓，即便市場?其它方面設(shè)計良好。1結(jié)了本文和題為enabeFriendly’GridDevelopmentStrategies（Hurlbut?關(guān)聯(lián)兒童投資基金會計劃論文中討論?靈活性來源，以及其他方法（見gan9），并指明了它們?主要歸類（實體靈活性、制度靈活性或兩者）。如果靈活性措為實體靈活性。例如，穩(wěn)健?電網(wǎng)依賴于具有足夠容量和余量?輸電線；地理上分散?波動性能源發(fā)電涉及在較大地理區(qū)域建設(shè)波動性能源發(fā)電資源，以使總供給平穩(wěn)。?實體靈活性加以適當?運營、監(jiān)管或市場結(jié)構(gòu)?靈活性措施被歸類為“二者并存”。例如，著眼于經(jīng)濟性和可靠性?區(qū)域輸電規(guī)劃需要規(guī)劃一個連接靈活發(fā)電機?強大傳輸網(wǎng)絡(luò)，以及獲得該網(wǎng)內(nèi)靈活性?適當協(xié)調(diào)和市場信號；將波動性能源發(fā)電預(yù)測有效地整合至運營需要準確預(yù)測波動性能源發(fā)電?變化性和可充分利用該信息?運營實踐；新波動性能源發(fā)電技術(shù)?原頻率響應(yīng)、慣性響應(yīng)和調(diào)度信號響應(yīng)，有賴于通過運營和市場結(jié)構(gòu)來獲取這些物理屬性5Grid要求，(23關(guān)于顯著、不相關(guān)差異?實例，可見于12011)，Duignan2012)Keane2011)。12.40.1事件是在美國使用的標準不同于一般的“101天”標準；在一些國際市場中使用0.0001%規(guī)范化電量不足期望值標準（Pfeifenberger等，2013）。來源：Pfeifenberger給定資源或資源組?容量貢獻被稱為有效載荷能力，在2Y平越差。X（藍線）顯示，對于給定?資源組合，峰值需1010峰值需求，同時滿足可靠性目標（橫紅線）。向該組合中增加新資源（例如，2000400400CaliforniaIndependentSystemOperatorCAISO)機容量（CAISO，2014）5.7波動性能源發(fā)電對系統(tǒng)平衡需求?影響——靈活性——通常通過凈負荷估量，凈負荷”即負荷減去每小時（可使用其他時間增量）常規(guī)發(fā)電機組滿足?負荷（如果所有波動性能源發(fā)電均被使用）。3作時間更少；這會影響基于能源而形成?成本回收，從而可能妨礙長期供應(yīng)安全（gan20aEa214a。較陡?斜坡要求更快地增加或減少可調(diào)度發(fā)電量。較低?波谷要求可調(diào)度發(fā)電機降低輸出（能源發(fā)電輸出時段），但仍時刻待命以使輸出可再次迅速上升（ochan04）。太陽能發(fā)電會產(chǎn)生特征相似?影響。來源：Cochran客戶對市場信號或直接負荷控制作出響應(yīng)（Cochran等，2014）方法。圖4提供了按類別和相對成本劃分?可能?靈活性方法?替代性總結(jié)（與表1來源：Cochran慮（Milligan2012b）。集正是并網(wǎng)分析和建模?主體工作所需?相同數(shù)據(jù)集（北美電力可靠性公司，2010）。替代負荷狀況（即至少一年內(nèi)且涵蓋規(guī)劃期限?每小時或次小時級需求曲線）第一個數(shù)據(jù)集。因為這是標準規(guī)劃要求，在本文中我們不描述該過程。根據(jù)凈負荷行為，可通過時序分析對爬坡需求進行分析。示例如5來源：Milligan2014b性能源發(fā)電數(shù)據(jù)從凈負荷開始著手。AISOAISO3（兆瓦）納入其對系統(tǒng)容量規(guī)格?要求（AISO，014）。3（但通常不是這種情況）。6131331小時爬坡量中占據(jù)更大比例（CAISO，2014）。一些月份（如三月、十和十一月）16CAISO201813間曲線，以獲得不同水平?統(tǒng)計控制。790%100%?控制水平，且擁有12499%100控制水平進行比較，可能會對選取某種形式?需求響應(yīng)，而避免來源：King2011其他方法用于了解基于每日時間/每年時間?爬坡需求。8?“魔毯”繪圖，總結(jié)來源：King2011估緩解措施（Ela2012b）。Peos、EAPS、GdewPood適用于整個大容量電力系統(tǒng)?運作。這些工具有時被稱為生產(chǎn)成本”和合和經(jīng)濟調(diào)度模型?！鞍踩s束模擬需要輸入?數(shù)據(jù)包括各項成本（合同購買和銷售價格；輸電轉(zhuǎn)運；能源、輔助服務(wù)、燃料；市場價格等）資源?分配（Kiviluoma等，2010；CPUC2014；CAISO，2015b）?？傁蛏?向下儲備短缺、最大向上/向下儲備短缺、向上/向下儲備短缺?小時數(shù)、總可再生負荷損失期望值（單位為小時/年）或電量不足期望值。CAISO（如上文討論）?！芭榔沦Y源不足期望值”使用定輸出、啟動時間、提升和下調(diào)速率、強制中斷概率和生產(chǎn)水平（Lannoye等，2012b）。EPRI2014)。有效爬坡能力描述了一個機組在一段特定時間內(nèi)對系統(tǒng)上調(diào)和下調(diào)能力?貢獻（Lannoye等，2012a）。如1在美國，關(guān)鍵?物理和制度靈活性?機制正在逐步擴大平衡區(qū)?發(fā)展規(guī)模。2這通常涉及其他廣域經(jīng)濟調(diào)度概念（MilliganKirby，2010a；DenholmCochran，2015）。平衡達到線性增加?程度（9）。2平衡（機構(gòu)）區(qū)是一個實體（平衡機構(gòu)）計量范圍內(nèi)發(fā)電、輸電和負荷的集合該實體提前整合資源計劃并維持該區(qū)域的負荷-交換-發(fā)電量平衡平衡機構(gòu)實時支持互連頻率。來源：MilliganKirby，2007103平衡區(qū)足跡從小型增長到中型再（分SouthwestPowerPoolSPPPJM都是美國實際擴展以獲取平衡區(qū)規(guī)模效益?區(qū)域輸電組織?相關(guān)實例。MISO2013改善及降低調(diào)節(jié)和旋壓儲備要求?收效（MISO4）。SPP20092014FERC，2014）。自2004年以來，各電力公司加入賓夕法尼亞州-新澤西州-馬里蘭州互連（PJMInterconnection，PJM），足跡從北卡羅來納州擴展到伊利諾伊州（PJM5網(wǎng)站）。在美國西部，一個新?能源不平衡市場已經(jīng)形成（CAISO126“EnergyImbalanceMarket.”2015。加州佛森：加州獨立系統(tǒng)運營商。20159月訪所占比例多少，均可實現(xiàn)由此產(chǎn)生?經(jīng)濟性和可靠性收益。如11?波動性能源發(fā)電（7%–20%），系統(tǒng)總成本（生產(chǎn)缺電期望值目標，藍點域?儲備余量為15%，而研究區(qū)域輸電組織擁有11,000，“長鄰案例”20%（聯(lián)鎖電力網(wǎng)容量與基礎(chǔ)案例相同）；相對于基礎(chǔ)案例，50%輸電案例”聯(lián)鎖電力網(wǎng)為50%（鄰近區(qū)域?儲備余量為15%）；“島嶼案例”沒有聯(lián)鎖電力網(wǎng)容量（Pfeifenberger2013）。來源：Pfeifenberger2013這些比較通過美國西部互連?一項分析進一步?說明（IbanezMilligan，2012），該TheWesternndandSolarIntegrationStudyPhase2分析了替代風(fēng)電/太陽能發(fā)電?增建（Lew等，2013）。參考案例中每年有8電力來自風(fēng)能，3來自太陽33%?需求供應(yīng)由風(fēng)電和太陽能平分，其中存在高風(fēng)電/低太陽能源妥適性評估?輸電代替?數(shù)量。主要結(jié)果如127和整個互7假定的完美輸電——沒有擁塞或輸電限制（即能量在系統(tǒng)中任何兩點之間完美轉(zhuǎn)移）——通常被稱為“銅

類實體靈活性在不精密?操作時間步長內(nèi)無法得到利用。1310（底部，紅線）?結(jié)果是，旋壓和補充儲備要求顯著降低。由于更快?調(diào)來源：Milligan2011雖然美國所有區(qū)域輸電組織市場采用5分鐘?經(jīng)濟調(diào)度，但市場結(jié)算卻不一定是基于555（所有美國區(qū)域輸電組織/獨立系統(tǒng)運營商市場均使用節(jié)點邊際價格）5為了探索結(jié)算對靈活性激勵?影響，Ela2014a45555（來源：改編自Ela2014a(FederalEnergyRegulatoryCommissionFERCOrder764，美國所有重組市場（即獨立系統(tǒng)運營商/區(qū)域輸電組織）5158。受管(Electric場改進一起），以提升系統(tǒng)?運行，導(dǎo)致波動性能源發(fā)電縮減顯著減少（Bird2014）。最近?聯(lián)邦法規(guī)也在協(xié)助推動實現(xiàn)更快?調(diào)度。2012FERCOrder8這僅指鄰近區(qū)域調(diào)度。在一些地區(qū)15分鐘交換可能尚未完成764（其中包括其他細節(jié)）15應(yīng)。FERCOrder755“資源中立”和“基于性能”付款?理論依據(jù)，對于以前提問題（Ela2012a）。東部能源市場對于不能滿足能源交付計劃要求?市場參與者Ela（2014b；2014c）。NREL?網(wǎng)站上查閱。9預(yù)測相結(jié)合，以及節(jié)點或分區(qū)市場，在eneabeFriendlyGridDevelopment15（和相關(guān)但不同?能源效率機制）如何調(diào)整負載曲線。這些響應(yīng)在光燈或發(fā)光二極管照明，而不是白熾燈泡，能源效率使得總能耗降低（需求時間，如照明）可靠性和調(diào)節(jié)響應(yīng)作為輔助服務(wù)，可以非常迅速地應(yīng)對預(yù)定凈負荷偏離（調(diào)節(jié)）斷（意外）。需求響應(yīng)在特定高負荷時段可用于供應(yīng)發(fā)電量（即負向負荷），因而也可以作為一種容量資源。MilliganKirby，2010b件?機制（Goldman2010）。價格型方案（有時也被稱為經(jīng)濟需求響應(yīng)）通過不同?電價來鼓勵用戶調(diào)整他們?電力使用。激勵或事件型需求響應(yīng)方案（需求響應(yīng)），因終端用戶降低負荷或或讓方案管理人員直接控制某些耗電設(shè)備（要指空調(diào)和熱水器），4010/dan20）。以往更多?美國電力公司向客戶提供?是價格型方案而非激1011%），appes205）。2來源：Goldman(PG&E)企業(yè)客戶?例子如表3所示。來源：GoldmanPJM供應(yīng)側(cè)資源（發(fā)電）一樣執(zhí)行并付費。正如一個發(fā)電機組那樣，PJM（調(diào)峰）、日前和實時能源市場?價格響應(yīng)需求”（作為負向負荷）和輔助服務(wù)市場?頻率調(diào)節(jié)和同步儲備2014）。能源需求響應(yīng)方案進一步分為應(yīng)急類（自愿減負荷）和經(jīng)濟類（調(diào)度減負荷）。PJM（16。162008–2014PJM來源：MonitoringAnalytics然而，需求響應(yīng)怎樣與發(fā)電機組進行競爭或者不競爭，目前還存在法律問題（EPSAE，2014），如，關(guān)于如何實施需求響應(yīng)，以在保留系統(tǒng)?可靠性?同時履行所有法律義務(wù)，PJM款（供應(yīng)側(cè)）轉(zhuǎn)變?yōu)楸苊饽茉椿蛉萘慨a(chǎn)生?避免成本（需求側(cè)）（PJ，2014）。及相關(guān)費用降低。調(diào)低負荷比建設(shè)新?發(fā)電容量更為便宜。圖17CAISO1）2）達到給定水平?峰值容量減少所需?需求響520PublicServiceCompany似?情況，該平衡區(qū)一年中僅123.5%（Denholm等，2015）4010017CAISO來源：Goldman2010需求響應(yīng)方案還可通過通過輔助服務(wù)，如促進調(diào)節(jié)儲備需求讓系統(tǒng)受益，。18EnbalaPowerNetwork3OE。Enbala是一個適用于工商業(yè)和機來源：Milligan2014bHummon等，(2013)Olsen(201310（類似于發(fā)電機容量因數(shù)）或全年累積可用量11（美元/兆瓦時）（Hummon等，2013）。此值基于可用資源?數(shù)量及其與高生產(chǎn)成本時期（通常是系統(tǒng)靈活性需求達到最大?時候10年度可利用率是每個時間段內(nèi)可用的最大容量之和除以可用峰值容量乘以時間間隔數(shù)（即每年總小時數(shù)）11累積年度可用量是通過需求響應(yīng)變得靈活的總終端用電量的電力部分這反映了每個資源的可用性與運行儲備的高市場價格以及其利用一天中各小時較大能源價格差異的能力之間的相關(guān)性。電力合同?細節(jié)條款（Bird2014）。在美國，這種經(jīng)濟權(quán)衡對于利用生產(chǎn)性補貼?12、頻率和調(diào)節(jié)服務(wù)。在任何時刻做出?經(jīng)濟性棄風(fēng)、棄光反映了所產(chǎn)生能源?接將波動性能源發(fā)電?發(fā)電量（和任何后續(xù)?過多發(fā)電量）（在（NewYorkIndependentSystemOperator）MISO13。如果這是經(jīng)濟?，那么風(fēng)電將會向下調(diào)度，幫助避免發(fā)電量過剩?？紤]到b2011年，MISO實施了一個經(jīng)濟限電計劃，稱為可調(diào)度間斷能源機制（Dispatchable12上調(diào)服務(wù)是一種輔助服務(wù)其提供的容量可在設(shè)定的時間內(nèi)（ERCOT5秒）開始對信號作出響應(yīng)。這樣的容量高于任何基點但低于發(fā)電資源的可持續(xù)上限并在必要時可用來在整個可用容量范圍內(nèi)改變輸出，以保持適當?shù)南到y(tǒng)頻率這通常需要留出一部分可能以其他方式用于能源（或以其他方式被削減）的輸出用于頻率。有關(guān)更多詳情ERCOT(2014)。13在向下的調(diào)度市場中在發(fā)電量過大時將對符合條件的發(fā)電機付款以減少其輸出對機組在能源市場和透明度有所提高。MISO14千兆瓦，在對特定風(fēng)19顯示了兩方面?內(nèi)容，一方面是月度可調(diào)度間歇性資源所調(diào)度?風(fēng)電總量，另一方面是根據(jù)該向下調(diào)度?百分比（低于經(jīng)濟最大值）MISO95%?潛在風(fēng)電可以通過經(jīng)濟調(diào)度獲得。MISO中?所有新風(fēng)力發(fā)電設(shè)施必須注冊為可調(diào)度間斷能MISO中超過80%?風(fēng)力發(fā)電是可調(diào)度?。19MISO美國一些市場領(lǐng)域正在對一種新?輔助服務(wù)產(chǎn)品（eap）激勵能源靈201AISOAISO，011Abuahan0）。該約束中所需?AISO1)2)3)每小時”、15和5之間?差異。為了滿足該調(diào)節(jié)約束，機組通過保留用于提供其他輔助服統(tǒng)成本增量。目前，該約束僅適用于向上調(diào)節(jié)容量需求。然而，AISO515定性（不可預(yù)見?爬坡率）。NRELFlexiRamp圖20G1（100能力），G2（10）。正向現(xiàn)金流（藍柱）（紅條紋柱）是成本，產(chǎn)生?凈利潤或虧損（菱形格）?FlexiRamp產(chǎn)品單周期調(diào)度結(jié)果在左邊顯示。無FlexiRamp產(chǎn)品多周期（超前）經(jīng)濟FlexiRamp“運行”?角度，而非“定價/激勵?角度來執(zhí)行與安全約束經(jīng)濟調(diào)度類似?功能。如果綁定價格不是根據(jù)咨詢值設(shè)定，則提供未來（咨詢）這一市場時失去了G2CAISOFlexiRamp80下