飛輪和電池儲能也可以提供調頻服務：事實上，它們對頻率控 制信號的響應速度比傳統的火電機組快17倍。因此，使用電池 進行頻率控制越來越普遍：

在澳大利亞，電池儲能目前可提供6秒、60秒和300秒調頻 服務。2017年12月和2018年1月澳大利亞發生的兩次發電機 組脫網事件中，電池快速響應顯著縮短了恢復時間。

在美國，聯邦電力監管委員會從2013年起允許與電網相連 的電池可作為小型發電機組提供電力供應服務。到2015 年，PJM、CAISO、紐約獨立系統運營商（NYISO）、中部電力 系統運營商（MISO）和新英格蘭電力系統運營商（ISONE） 地區的調頻市場均在使用電池儲能。 同時，在德克薩斯州ERCOT市場中，一些滿足分時計量和遙 測等特定要求的工業負荷可以作為受控負荷資源（CSR）提供 調頻服務。

4.提高系統慣量監控并應用新的監控方式

系統慣量的監測和預測越準確，對慣量資源的需求就越低。 因此，德克薩斯州ERCOT開發了一種慣量監測工具，它可以計 算所有在線同步發電機的總慣量貢獻，并通過循環滾動方式 預測未來七天的慣量情況。然后，系統操作人員可以在必要時 調度同步發電機來增加慣量，進而降低對額外慣量的需要。

此外，系統慣量還可以通過非火電資源提供，例如：

同步調相機或同步補償器

帶有旋轉設備的儲能，如飛輪儲能 ?

光熱發電（CSP）

具備能提供該功能逆變器的風機、太陽能光伏和電池

需求側旋轉機械

電壓控制

電壓控制有時會被認為是非水可再生能源比例上升的潛在挑戰，但技術解決方案已經存在。其中，無功功率和電壓諧波是 需要解決的兩大問題：

無功功率必須立即得到局部補償，以保持功率因數在允許 的范圍內。與其他國家類似，中國對非水可再生能源的功率 因數的要求在-0.95 至 +0.95之間。這可以通過部署靜止無 功補償器（SVC）、靜止無功發生器（SVG）、靜止同步補償 器（STATCOM）或晶閘管控制串聯電容器（TCSC）等設備 來實現。

電壓需要保持在安全范圍內，以確保系統的穩定性。諧波 不可避免地會影響電壓的穩定性。應采用濾波器處理電壓 中的諧波，提高電能質量。 因此，應在非水可再生能源電源側和電網側部署電壓控制裝 置。即使是在非水可再生能源比例非常高的情景下，也將會有 充足的資源來提供電壓控制。

因此，應在非水可再生能源電源側和電網側部署電壓控制裝 置。即使是在非水可再生能源比例非常高的情景下，也將會有充足的資源來提供電壓控制。

故障穿越

短期電壓變化是電力系統中常見現象，如果系統突然失去一臺發電機組，這種變化會被放大。在系統恢復正常之前，發電 機組必須具備穿越電壓擾動的能力，這一點至關重要。非水可 再生能源發電機組的耐受電壓范圍常常比傳統的火電機組要窄，更容易脫網，一旦脫網，電壓波動將進一步增加，甚至導 致連鎖故障。

然而，這種危險可以通過要求非水可再生能源機組配備高電 壓穿越（HVRT）能力來規避。對于現有電廠來說，這可以通過 改造逆變器來實現。因此，大多數發達國家現在都在其電網 規范中明確了高電壓穿越要求。圖15展示了一些案例。

中國自2012年起實施低電壓穿越（LVRT）改造，系統的可靠性 得到了顯著提高。雖然當前也已經制定了嚴格的高電壓穿越標 準，但是該標準尚未作為現有非水可再生能源機組并網的強 制性要求。

因此，對現有電廠進行改造以滿足高電壓穿越標準，以及對所 有未來的非水可再生能源機組落實這些標準，應該是目前的首要任務。

高壓直流輸電的利用

中國擁有豐富的太陽能和風能資源，但其中一些與主要負荷 中心的距離非常遙遠。高壓/特高壓輸電線路能夠將可再生電 力遠距離傳輸到負荷中心，而高壓直流傳輸在遠距離送電上 的成本優勢更明顯。因此，高壓直流線路在中國廣泛部署，對 支持偏遠地區非水可再生能源發展發揮了關鍵作用。

僅靠非水可再生能源自身并不能保證高壓直流輸電的高效和 穩定運行，因此在某些情況下，可能需要在可再生能源電廠周 邊建設火電廠，以便在非水可再生能源出力較低時，可以用火電來“填滿線路”。

不過，對于此類火電廠的實際需求其實遠小于當前的假設，并 將隨著其他可行方案的出現而繼續下降：

高壓直流線路并不需要以固定的功率運行，目前中國部署 的主要高壓直流輸電形式——基于電網換相整流器高壓直 流輸電——在運行時要求技術利用率必須高于最小值，而 該數值通常僅為銘牌容量的10%。因此，并不存在需要火電機組“填滿線路”的技術需求。低于100%的利用率顯然 會增加每度電的傳輸成本，但考慮到偏遠地區非水可再生 能源具備的顯著成本優勢，即使高壓直流線路沒有得到充 分利用，其開發也仍具備經濟可行性。此外，風能和光伏組 合打捆可以提高平均利用率，且隨著時間的推移，儲能（如 電池或氫能）成本的下降將創造出新的替代方式來穩定并 提高輸電線路的平均利用率。因此，盡管現有火電裝機在 將利用率保持在10%以上方面可以發揮有益的作用，但沒有必要通過新建煤電投資來匹配大規模非水可再生能源項目投資。

 “換相失敗”的技術挑戰也可以在以非水可再生能源為主的 電力系統中得到解決。擾動會增加直流電流并導致電力傳 輸的暫時中斷，這時就會出現換相失敗。目前，火電機組為 系統提供調節和慣量，以降低任何換相失敗時的瞬態傳輸 中斷的影響。但是，在高比例非水可再生能源系統中，適用 于提供頻率調節和電壓調節的同一套技術解決方案（例如， 同步調相機、電池儲能、非火電的轉動慣量提供者和無功功 率補償器等）也可以降低換相失敗的影響。

此外，現在的新一代電壓源換流器高壓直流輸電（VSC – HVDC）技術能夠提供很好的電壓調節能力，消除了換相失 敗風險，并簡化了對發電和用電省份的技術要求。雖然這會 造成容量下降產生經濟性損失，但在許多地區仍可確保偏 遠地區非水可再生能源發電和高壓直流輸電的經濟性，特 別是可進行VSC-HVDC技術改造的現有線路。

總而言之，高壓直流輸電的所有技術挑戰都可以得到解決，且 不需要任何新增煤電裝機來匹配非水可再生能源的投資。 綜上所述，只要中國實施必要的政策以鼓勵創新解決方案， 那些可能阻礙非水可再生能源比例增長至遠高于目前水平的 技術性管理問題就會得以解決。剩下的問題是，如何在一個 高比例非水可再生能源電力系統中，確保電力在一年中的每 一天、每一小時的供需平衡。本報告的下一章節就將討論這個問題。

4.時-日-季節電力供需平衡可實現

非水可再生能源在有太陽照射和有風的時候發電，但這些資 源并不總與用電負荷形態相匹配。這就給當前以火電和水電 為主的電力系統帶來了巨大的平衡挑戰。

然而，在全球許多國家/地區的非水可再生能源發電比例都已 超過了圖2中國2030零碳投資情景中所示的28%。例如，非水 可再生能源在德國和西班牙電力系統中的占比已經分別達到 了33%和37%。許多國家都規劃到2030年實現零碳電力占全 年總發電量的50%以上，甚至超過70%，并在之后的10-20年 里將零碳電力比例增加到接近100%，其中非水可再生能源的 比例將高達80%（圖16）。

本章節總結了全球多個國家的經驗，并討論了如何將這些經 驗運用于中國的具體情況中。其結論是明確的，即中國完全可 以實現圖2所示的非水可再生能源發電量占比達到28%的目 標，并且未來最終實現零碳的電力系統總成本將不會高于，甚 至可能低于當前以化石燃料為主的系統成本。

全球經驗

圖16展示的這些計劃顯示，各國都有信心通過兼具技術性和 經濟性的解決方案，來滿足短期和長期供需變化產生的不同 靈活性需求。對于目前常見的可再生能源滲透率水平（20%- 30%），大部分問題是可以通過現有火電（燃氣或燃煤）更靈 活的運行來解決的。但隨著可再生能源比例進一步增加，則需 要更多元的解決方案。

（1）日內供需平衡 在大多數國家，由于工廠和辦公室的大量用能需求，系統對電 力的需求常在中午或下午早些時候達到峰值，而在凌晨前后 幾小時下降到低谷。因此，即使在可再生能源增長之前，系統 也必須靈活地應對這種用電需求的變化，而這主要是通過改 變燃煤或燃氣電廠的出力來實現的。

在某種程度上，可再生能源的增長有可能減小這種日內靈活 性的挑戰，因為光伏發電量在白天更高，正好與此時的高需求 相吻合。但在光伏發電占比很大的電力系統，往往會在傍晚時 候出現對非光伏資源需求的突然增加，這是因為光伏發電在 這段時間迅速下降，但用電需求下降的速度慢很多。

每日風力發電的狀態隨地方天氣條件變化而波動更大；在一 些地區（但不是所有地區），風力發電往往在夜間更高，而且在一些面臨氣旋和反氣旋天氣系統交替的地區，每天和每周風力發電量形態的波動都比光伏更大。

在當前常見的可再生能源滲透率水平下，這些日內靈活性挑戰 可以輕易地通過靈活運行燃氣或燃煤電廠來解決。在美國加 利福尼亞州，為了平衡光伏發電，燃氣發電的出力在一天中不 斷變化，在傍晚的時候迅速增加，在晚上7-9點左右時達到氣 電供應峰值（圖17）。

在德國，天然氣、硬煤和褐煤發電量的變化可滿足靈活性的 需要。雖然天然氣是最靈活的發電資源——圖19顯示了燃氣 出力在一周內的變化形態，從最低的1.6GW到最高的9.9GW （最大峰谷差等于峰值容量的84%），但硬煤出力也在1.4GW 到6.5GW之間波動（79%），甚至褐煤發電功率也在3.5GW到 12.0GW間波動（71%）（圖18）。

隨著可再生能源比例的提高，系統對靈活性的需求也會增加。 在燃氣發電裝機占比高的國家，仍有很多調峰燃氣電廠可以 滿足這一增長的靈活性要求。但其他靈活性資源也將發揮越 來越大的作用，并且在某些情況下，更具經濟性。尤其是在提 供日內靈活性方面：

首頁 上一頁 1 2 3 4 5 6 7 下一頁 尾頁 3/7/7