2015年-世界发展银行全球_Integrating_Variable_Renewable_Energy_into_Power_System_Operations_8页_4mb

文档总结：可变可再生能源（VRE）在电力系统中的整合

核心内容

可变可再生能源（VRE）如风能和太阳能在全球能源结构中快速增长。然而，由于其输出的间歇性和不可预测性，将VRE整合到电力系统运行中带来了挑战。为此，需要采取多种措施，包括增加灵活发电、优化可再生能源资源组合、扩展输电网络、使用智能电网技术和储能技术，以确保电力系统的稳定性和可靠性。

主要观点

• VRE的挑战：风能和太阳能的输出具有间歇性和不可预测性，无法像化石燃料发电那样随意控制。这导致电力系统的供需平衡变得更加复杂。
• 净负荷管理：引入VRE后，电力系统需要管理“净负荷”（实际负荷减去VRE发电），这比管理实际负荷更具不确定性。
• 灵活发电的重要性：为了应对VRE带来的不确定性，电力系统需要增加灵活发电单元（如燃气轮机和水力发电），以快速响应负荷变化。
• 资源组合优化：风能和太阳能的输出在不同时间段有负相关性，通过组合使用可以减少整体的负荷波动，实现“自然平衡”。
• 输电网络扩展：由于VRE资源通常分布广泛，需要扩展和优化输电网络以提高其接入能力和地理分散性。
• 智能电网技术：智能电网利用先进技术控制电力系统组件，鼓励用户参与需求管理，提高系统的灵活性和响应能力。
• 储能技术的作用：储能技术可以快速响应供需变化，减少VRE输出的波动性。不同类型的储能技术适用于不同的时间尺度和应用场景。
• 系统差异性：每个电力系统都有其独特的资源和能力，因此需要根据具体情况进行定制化的解决方案。

关键信息

VRE对电力系统的影响

• VRE的引入增加了电力系统的不确定性，要求更灵活的调度和更强大的备用能力。
• VRE的高渗透率会增加对灵活发电和储能技术的需求，从而降低短期调度效率。
• 地理分散的VRE资源可以减少整体输出的波动性，降低整合成本。

解决方案

• 增加灵活发电：包括燃气轮机、水力发电等，以快速响应负荷变化。
• 优化资源组合：结合风能和太阳能，利用其负相关性减少波动。
• 扩展输电网络：确保VRE资源能够有效传输到需求中心。
• 智能电网：利用智能技术控制发电和需求，提高系统效率和灵活性。
• 储能技术：根据时间尺度和成本，选择合适的储能技术（如飞轮、压缩空气储能、抽水蓄能等）来平衡供需。

电力系统操作的关键概念

• 能量操作：提前调度能源供应以满足负荷需求。
• 辅助服务：包括频率调节、电压控制和黑启动服务，确保系统在紧急情况下的稳定运行。
• 负荷跟踪：通过自动化控制系统调节发电以适应负荷变化。
• 备用容量：包括旋转备用和非旋转备用，用于应对突发情况。

电力系统差异性

• 大型电力系统通常具有更多的资源和灵活性，能够更好地应对高比例VRE的挑战。
• 小型孤立电网可能面临更多限制，需要更谨慎地选择整合策略。

图表与数据

• 图1：展示风能和太阳能输出在两天内的波动情况，突显其不可预测性。
• 图2：展示基础负荷、中间负荷和峰值负荷的区分。
• 图3：展示负荷、风能和净负荷在两周内的变化趋势。
• 图4：总结应对VRE波动性的解决方案及其成本和时间尺度。
• 图5：进一步细化图4，显示不同解决方案在时间尺度和成本上的分布。

参考文献

• Denholm et al. (2010)：讨论能源存储在可再生能源发电中的作用。
• Ela et al. (2013)：分析太阳能发电在多时间尺度上的波动性。
• Kempener et al. (2013)：介绍智能电网与可再生能源的整合。
• Kirby (2007)：探讨辅助服务在电力系统中的技术与商业意义。
• Mills and Wiser (2010)：研究地理多样性对太阳能短期波动的影响。

结论

• 每个电力系统都需要根据自身特点选择适合的VRE整合措施。
• 技术进步和规模经济降低了VRE的成本，但其整合仍需系统性的调整和投资。
• 通过灵活发电、资源组合优化、输电网络扩展、智能电网和储能技术的综合应用，可以有效应对VRE带来的挑战，提高电力系统的稳定性和效率。