低碳电源结构变化对电网发展影响研究

低碳电源结构变化对电网发展影响研究

高超 张立伟

中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司 050031

摘要：在全球气候变暖的大环境下，我国提出“碳达峰、碳中和”，成为我国能源转型的核心任务。河北南网作为区域电网的重要组成部分，其电源结构的低碳化转型对实现上述目标具有重要意义。本文分析以可再生能源消纳责任权重为目标的电源结构低碳变化趋势，并探讨高比例新能源系统对河北南网电力供应、电量保障、调峰能力、调压能力及系统安全稳定的影响。针对不同阶段电源结构存在的问题，本文提出相应的解决措施。此外，本文研究了电能替代对电网负荷水平、负荷特性以及电量的影响，并探讨本地电源结构和外部受入电力结构变化的主要趋势。最后，提出提升电力系统稳定水平和灵活调节能力的主要举措。

关键词：碳达峰；碳中和；可再生能源；电源结构

面对全球气候变化的严峻挑战，我国提出“碳达峰、碳中和”的宏伟目标，旨在优化和转型当前能源结构，减少温室气体排放，实现经济社会的可持续发展。河北南网地处我国华北地区，是电力供应和消纳的重要节点，其电源结构的低碳化转型对于推动区域能源革命、促进绿色发展具有重要意义。

1.河北南网电源结构低碳变化趋势分析

1.1 可再生能源消纳责任权重目标解读

可再生能源消纳责任权重目标，即国家或地区为推动可再生能源的广泛应用，明确规定各类市场主体在电力消费中必须承担的可再生能源电量比例。对于河北南网来说，此目标的制定意在加速其电源结构向低碳方向转变，提升可再生能源在整体电力供应中的比重，从而有效降低碳排放，为“碳达峰、碳中和”目标的实现贡献力量。

1.2 电源结构低碳化转型路径

大力发展风电、光伏等可再生能源以替代化石能源发电。优化现有火电机组的运行方式，提升其能效并降低碳排放。加强跨区域电网建设，实现电力的优化配置和区域间的互济互保。推动储能技术的研发和应用，以增强电力系统的调峰调频能力。

1.3 新能源接入对电源结构的影响

新能源的并入提升可再生能源在电力供应中的比重，推动电源结构向低碳化转变。同时，新能源的接入对电力系统的稳定性提出新挑战，要求加强电网基础设施建设和技术创新，保障电力系统安全稳定运行。此外，新能源的接入也为河北南网带来新的市场机遇和发展空间，为其可持续发展提供新的动力。

2.高比例新能源系统对河北南网的影响分析

2.1 对电力供应和电量保障的影响

高比例新能源的接入使河北南网的电力供应更加多元化，减轻了对传统化石能源的依赖，但新能源的间歇性和不确定性也给电力供应和电量保障带来新挑战。风、光等自然条件的变化导致新能源发电出力大幅下降，造成电力供应紧张。因此，河北南网需加强与其他区域电网的互联，提升电力互济能力，并加强储能设施建设，以增强电力系统的调节能力。

2.2 对调峰能力和调压能力的影响

负荷高峰时，新能源发电出力不足需传统火电机组增加出力，负荷低谷时，新能源发电出力过大又需火电机组降低出力以避免电力过剩。此外，新能源接入对电力系统的调压能力提出更高要求。河北南网需加强火电机组的灵活性改造，提升调峰调频能力，并加强电网调压设施建设，保障电力系统电压稳定。

2.3 对系统安全稳定性的影响

新能源并网可能引发电力系统振荡和失稳等问题，需采取相应措施加以防范和应对。同时，新能源接入增加了电力系统的复杂性，对运行和控制提出更高要求。河北南网需加强电力系统安全稳定控制技术研究，提升抗干扰和自愈能力，并加强系统运行监控和管理，确保电力系统安全稳定运行。

3.针对不同阶段电源结构问题的解决措施

3.1 电力保障与电量保障策略

为稳定电力和电量供应，河北南网需强化多元化能源布局，降低对单一能源的依赖。应建立完善的储能系统，例如抽水蓄能、电池储能等，平衡新能源的波动性。此外，加强与邻近电网的互联，实现电力的互补与互济，保障电力供应。

3.2 调峰能力提升举措

面对调峰能力的挑战，河北南网应推进火电机组的灵活性改造，使其能迅速响应负荷变化。同时，应积极发展需求侧管理，运用价格激励等手段引导用户在高峰时段减少用电，从而缓解电网的调峰压力。

3.3 调压能力优化方法

为优化调压能力，河北南网应加强电网的自动化和智能化建设，实时监控与自动调节电压。合理配置无功补偿设备，提升电网的电压支撑能力，优化调压能力。

3.4 系统安全稳定性增强措施

为提升系统的安全稳定性，河北南网应强化电网的规划与建设，注重电网结构的合理性与坚固性。建立完善的故障预防与应对机制，提升电网的抗干扰与自愈能力。加大电网运行监控与管理力度，及时发现并处理潜在的安全隐患，也是保障系统安全稳定运行的重要环节。

4.电能替代对电网负荷及电量的影响研究

4.1 电能替代背景与意义

在全球能源危机和环境污染日益严重的背景下，电能替代显得至关重要。电能替代能减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，从而推动可持续发展。作为一种清洁、高效的能源形式，电能对于提高能源利用效率和促进能源结构转型具有重要意义。

4.2 电动汽车、电锅炉等负荷对电网的影响

电动汽车、电锅炉等新型负荷的接入，对电网的负荷和电量产生显著影响。新型负荷的用电特性和传统负荷有所不同，例如电动汽车的充电时间、充电功率等具有较大不确定性，给电网的负荷预测和调度带来新挑战。新型负荷的接入也增加电网的电量需求，对电网供电能力提出更高要求。

4.3 大数据在负荷预测与管理中的应用

大数据技术的应用为电网负荷预测与管理提供新手段，挖掘和分析海量数据能更准确地预测电网的负荷变化，为电网调度提供科学依据。大数据技术还可应用于负荷管理，监测和分析用户用电行为，制定更合理的用电计划，提高电网的运行效率。大数据技术在故障预测和诊断方面的应用，也能提高电网的安全性和可靠性。

5.本地电源结构与外部受入电力结构变化趋势探讨

5.1 本地电源结构变化趋势

本地电源结构正逐步从依赖化石燃料发电向更清洁、可再生的能源转变。风能、太阳能等可再生能源在电源结构中的占比正稳步提升，而煤电、燃油发电的比重则在逐渐降低。这一转变既是对全球环保和减排倡议的响应，也是对有限化石燃料依赖的减少。核能、生物质能等在某些地区也受到重视并得到发展，丰富了本地电源结构。

5.2 外部受入电网结构变化及影响

与外部电源结构的变化相协调，外部受入电力的结构也在发生变动。随着跨区域电网的互联增强和电力市场的整合深化，不同地区间的电力互济已变得更加频繁且灵活。外部输入电力中可再生能源的比重也在上升，带来了清洁能源的互补效应，同时也对电网的稳定性和调度提出新的挑战。

外部输入电力的变动对本地电网的影响是多方面的，可以补充本地电力短缺，提升供电的可靠性，但也导致电价波动和电网拥堵等问题。因此，在电源规划和电网运营过程中，必须充分考虑外部受入电力的变动及其影响，实现电力系统的整体优化和高效运行。

6.提升电力系统稳定水平和灵活调节能力的举措

6.1 灵活调节能力提升策略

为增强电力系统的灵活调节能力，重点应放在储能设施的建设上。储能技术，诸如抽水蓄能、电池储能等，能快速响应电力需求变化，为系统增添额外的调节能力。此外，需求侧管理的推进也至关重要。运用价格激励和信息引导手段，鼓励用户在高峰时减少用电、在低谷时增加用电，从而有效平衡电网负荷。

6.2 电力系统稳定水平提升方法

要提高电力系统的稳定性，电网的规划建设必须得到加强。合理规划电网结构，确保其坚固性和互济性，有助于减少故障的发生与扩散。电网的自动化和智能化水平提升同样关键。这些技术能实时监测电网运行状态，及时发现并处理潜在的安全隐患。建立完善的故障预防和应对机制也至关重要。定期巡检、维修和演练，能在故障发生时迅速恢复电网，缩短停电时间和范围。

结束语

全球气候变化日益严重，低碳电源结构变化已成为电网发展的焦点。这一转变关乎能源结构优化，对电网稳定性、灵活性和经济性提出严峻挑战。研究揭示，低碳电源如风电、太阳能的波动性，对电网调度和供需平衡带来复杂影响。这催生储能技术、智能电网等创新方案的迅猛发展。

参考文献

[1] 武海燕,刘石川,慕腾,等.基于扩展等面积准则理论的大容量机组投运对电网暂态稳定性的影响研究[J].内蒙古电力技术, 2022, 40(3):7.

[2] 康重庆,杜尔顺,李姚旺,等.新型电力系统的"碳视角":科学问题与研究框架[J].电网技术, 2022(03):13.

[3] 李鹏,熊京.浅析新形势下碳达峰和碳中和对我国电力结构的影响及对策研究[J].中国科技期刊数据库 工业A, 2022(2):4.