2013年-世界发展银行全球_Operating_and_Planning_Electricity_Grids_with_Variable_Renewable_Generation___Review_of_Emerging_Lessons_from_Selected_Operational_Experiences_and_Desktop_Studies_125页_3mb

世界银行研究报告总结：运营和规划带有可变可再生能源的电力网格

核心内容

本报告由世界银行可持续能源部门的Marcelino Madrigal和Kevin Porter撰写，旨在总结全球范围内可变可再生能源（如风能和太阳能）在电力网格运营和规划中的新兴经验与教训。随着各国政府对环境可持续性和能源多样化目标的支持，风能和太阳能发电容量迅速增长，但其集成到电网中带来了独特的挑战，特别是在运营和规划方面。

主要观点

1. 可变可再生能源的挑战

• 不可控性：风能和太阳能发电的输出取决于自然条件，无法像传统发电一样被控制，因此增加了电网运营的不确定性。
• 时间框架差异：传统电网主要应对负荷变化，而可变可再生能源的集成要求电网应对更快速和更频繁的波动。
• 短期备用需求：随着风能和太阳能比例的增加，电网需要更多的短期备用资源来应对输出的波动和不确定性。

2. 集成策略与解决方案

• 预测技术：使用天气预测和负荷预测工具，帮助电网运营商更好地安排可变可再生能源的调度。
• 电网代码调整：更新和实施电网代码，以确保在系统故障或低电压情况下，风能和太阳能能够保持运行。
• 扩大平衡区域：通过虚拟或物理方式扩大平衡区域，以增强电网对可变能源的适应能力。
• 市场机制：开发分钟级市场机制，以更好地管理可变能源的短期需求和供应。

3. 可变能源对供电可靠性的贡献

• 供电可靠性：尽管可变能源主要被视为能源资源而非容量资源，但它们在一定程度上可以支持系统供电可靠性。
• 概率方法：采用概率方法评估可变能源对供电可靠性的贡献，例如通过负荷持续曲线和损失负荷期望（LOLE）来衡量。
• 成本影响：可变能源的集成成本因地区和系统结构不同而异，通常在每兆瓦时1至10美元之间。在美国，风能占比达20-30%时，集成成本通常低于5美元/兆瓦时。

4. 系统稳定性与控制

• 系统惯性：随着可再生能源比例上升，系统惯性下降，可能影响系统稳定性，特别是在高比例可再生能源系统中。
• 协调控制：研究正在进行，以探索新的协调控制措施，提高可变能源的系统适应能力。

关键信息

1. 国家案例研究

• 中国：风能和太阳能项目在不同地区分布不均，影响电网平衡和备用需求。2010年，中国风能装机容量增长迅速，但太阳能集成经验较少。
• 德国：电网运营商（TSO）通过调整电网代码和加强备用管理，成功提高了风能集成能力。
• 西班牙：通过案例研究和模拟分析，展示了风能和太阳能对系统备用和平衡成本的影响。

2. 短期备用需求估算

• 方法：使用统计方法和模拟模型估算可变能源对短期备用需求的影响，例如通过比较可变能源和预测可控能源的调度成本。
• 数据需求：需要至少一年的高分辨率（10分钟采样）风能、太阳能和负荷数据，以准确模拟电网运行。

3. 长期投资与规划

• 方法：采用概率建模方法，评估可变能源在系统供电可靠性中的贡献，如将其等效为“可靠容量”。
• 适应性：长期投资需要适应可变能源的不确定性，同时考虑资源多样性、系统结构和市场机制。

结论

• 集成可行性：可变可再生能源可以成功集成到电网中，但需要调整现有运营和管理实践。
• 成本与时间：主要挑战是成本和时间，而非技术限制。
• 未来研究方向：需要进一步研究高比例可再生能源系统中的稳定性问题，并开发新的协调控制策略。

主要建议

• 数据驱动的模拟：集成研究应基于高分辨率数据，使用适当的模型进行模拟。
• 灵活资源与传输能力：拥有灵活发电资源、足够的传输能力和地理分布多样化的可再生能源项目，有助于降低集成成本。
• 政策与市场设计：需更新政策和市场设计，以适应可变能源的不确定性，确保系统长期供电安全和经济性。