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高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)及演化 版權(quán)信息
- ISBN：9787030686312
- 條形碼：9787030686312 ; 978-7-03-068631-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)及演化 本書特色
適讀人群 ：從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行和新能源并網(wǎng)研究與管理的研究人員和工程技術(shù)人員本書匯聚了一支由5個(gè)高校及科研院所的近100人科研聯(lián)合團(tuán)隊(duì)潛心攻關(guān)5年的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目科研成果，聚焦高比例可再生能源并網(wǎng)及系統(tǒng)安全高效運(yùn)行的重大科學(xué)問題，探索清潔低碳發(fā)展目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下的電力系統(tǒng)演化機(jī)理和未來結(jié)構(gòu)形態(tài)，研究復(fù)雜多重不確定性運(yùn)行場(chǎng)景下電力預(yù)測(cè)模型、理論和方法，從源網(wǎng)荷全環(huán)節(jié)勾勒了我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)清潔低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的未來藍(lán)圖，**次從技術(shù)角度回答了我國(guó)電力系統(tǒng)如何走向高比例可再生能源未來愿景的詳細(xì)路徑，戰(zhàn)略、技術(shù)融匯，理論、實(shí)踐貫通，是能源、電力領(lǐng)域相關(guān)人員學(xué)習(xí)品鑒佳品。
高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)及演化 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書聚焦于未來高比例可再生能源場(chǎng)景下電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化過程。全書內(nèi)容包括面向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理、廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)耦合機(jī)理、高比例可再生能源接入的輸配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式三部分內(nèi)容，分別從源、荷、網(wǎng)環(huán)節(jié)介紹電力系統(tǒng)的形態(tài)特征及演化機(jī)理。
高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)及演化 目錄
目錄
“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備叢書”序
序一
序二
前言
**篇 面向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理
第1章 中遠(yuǎn)期我國(guó)能源格局變化趨勢(shì)及特征 3
1.1 能源電力發(fā)展國(guó)際形勢(shì) 3
1.1.1 低碳化 3
1.1.2 電氣化 4
1.1.3 去中心化 5
1.1.4 數(shù)字化 6
1.2 我國(guó)能源電力的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力 7
1.2.1 核心驅(qū)動(dòng)力及制約因素 7
1.2.2 影響我國(guó)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的驅(qū)動(dòng)及制約因素分析 11
1.3 能源格局變化趨勢(shì)及特征研判 17
1.3.1 能源發(fā)展趨勢(shì) 17
1.3.2 能源格局主要特征研判 18
參考文獻(xiàn) 24
第2章 考慮環(huán)境與資源約束的能源電源優(yōu)化規(guī)劃 26
2.1 模型結(jié)構(gòu) 26
2.1.1 考慮環(huán)境與資源約束的能源優(yōu)化規(guī)劃模型 26
2.1.2 考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)差異化的電源優(yōu)化規(guī)劃模型 36
2.2 考慮高比例新能源接入下靈活性資源的電源模型 42
2.2.1 可再生能源發(fā)展愿景及面臨的挑戰(zhàn) 42
2.2.2 電源規(guī)劃中靈活性的供需平衡約束 43
2.2.3 考慮靈活性的電源規(guī)劃模型 48
參考文獻(xiàn) 60
第3章 未來電源系統(tǒng)時(shí)空動(dòng)態(tài)演變機(jī)理 62
3.1 電源系統(tǒng)形態(tài)演化 62
3.2 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化 66
3.2.1 火電 66
3.2.2 水電 68
3.2.3 核電 69
3.2.4 風(fēng)電 69
3.2.5 太陽能發(fā)電 70
3.3 基于探索性建模的電源系統(tǒng)時(shí)空演化 71
3.3.1 探索性建模方法 71
3.3.2 演化機(jī)理分析 72
參考文獻(xiàn) 74
第4章 我國(guó)中長(zhǎng)期電力典型發(fā)展格局預(yù)測(cè) 75
4.1 情景一：可再生能源高速發(fā)展情景 75
4.2 情景二：可再生能源中速發(fā)展情景 78
4.3 情景三：可再生能源常規(guī)發(fā)展情景 79
4.4 情景對(duì)比分析 81
參考文獻(xiàn) 86
第二篇 廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)耦合機(jī)理
第5章 廣義負(fù)荷的結(jié)構(gòu)辨識(shí)和解析 89
5.1 廣義負(fù)荷的內(nèi)涵及特征 89
5.1.1 廣義負(fù)荷的定義 89
5.1.2 廣義負(fù)荷典型特征分析 89
5.2 響應(yīng)電價(jià)變化的廣義負(fù)荷建模分析 97
5.2.1 基于彈性系數(shù)的實(shí)時(shí)電價(jià)對(duì)廣義負(fù)荷的影響 98
5.2.2 廣義負(fù)荷的模態(tài)特征提取與分析 102
5.2.3 響應(yīng)電價(jià)變化的廣義負(fù)荷模態(tài)分析 104
5.3 響應(yīng)可再生能源變化的廣義負(fù)荷建模分析 111
5.3.1 廣義負(fù)荷形態(tài)研究概述 111
5.3.2 主動(dòng)負(fù)荷與可再生能源的耦合模型及廣義負(fù)荷建模方法 113
5.3.3 基于聚類方法的典型模態(tài)提取 116
5.3.4 響應(yīng)可再生能源變化的廣義負(fù)荷模態(tài)分析 118
5.4 考慮溫度與交通情況的電動(dòng)車充電負(fù)荷模擬預(yù)測(cè)方法 128
5.4.1 車輛出行時(shí)空變量及其改進(jìn)概率模型 129
5.4.2 溫度與交通情況對(duì)電動(dòng)車充電負(fù)荷影響分析 130
5.4.3 充電負(fù)荷模擬建模 136
5.4.4 典型案例分析 139
參考文獻(xiàn) 147
第6章 廣義負(fù)荷響應(yīng)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)特性 151
6.1 廣義負(fù)荷影響因素分析 151
6.1.1 基于改進(jìn)變分模態(tài)分解法的廣義負(fù)荷分解 151
6.1.2 基于模態(tài)組合的廣義負(fù)荷影響因素解析 157
6.1.3 基于模態(tài)組合的廣義負(fù)荷影響因素分析 159
6.2 實(shí)時(shí)電價(jià)對(duì)價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷的影響建模 164
6.2.1 考慮常規(guī)影響因素的基礎(chǔ)負(fù)荷 165
6.2.2 基于消費(fèi)心理學(xué)的需求響應(yīng)負(fù)荷模型 169
6.2.3 基于消費(fèi)心理學(xué)的價(jià)格型需求響應(yīng)模型 175
6.2.4 典型算例 176
參考文獻(xiàn) 178
第7章 多時(shí)空尺度的負(fù)荷曲線形態(tài)演變 179
7.1 我國(guó)負(fù)荷曲線形態(tài)多時(shí)空尺度演變規(guī)律 179
7.1.1 行業(yè)負(fù)荷曲線模擬方法 179
7.1.2 行業(yè)負(fù)荷特性時(shí)空演變規(guī)律 180
7.1.3 行業(yè)負(fù)荷曲線形態(tài)預(yù)測(cè) 192
7.2 長(zhǎng)期負(fù)荷曲線形態(tài)演變預(yù)測(cè) 197
7.2.1 Granger因果分析 198
7.2.2 非參數(shù)回歸預(yù)測(cè)方法 200
7.2.3 長(zhǎng)期負(fù)荷概率預(yù)測(cè)方法 202
7.2.4 典型案例分析 203
7.3 飽和負(fù)荷曲線形態(tài)演變預(yù)測(cè) 209
7.3.1 基于高斯過程回歸(GPR)的概率預(yù)測(cè)模型 209
7.3.2 基于改進(jìn)混沌粒子群算法(MCPSO)的概率預(yù)測(cè)模型參數(shù)優(yōu)化 212
7.3.3 典型案例分析 216
參考文獻(xiàn) 220
第三篇 高比例可再生能源接入的輸配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式
第8章 未來輸配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵影響因素分析 223
8.1 輸電網(wǎng)發(fā)展歷程及相關(guān)因素 223
8.1.1 輸電網(wǎng)發(fā)展歷程 223
8.1.2 影響電網(wǎng)形態(tài)的關(guān)鍵因素分析 230
8.2 配電網(wǎng)發(fā)展歷程及相關(guān)因素分析 233
8.2.1 配電網(wǎng)發(fā)展歷程 233
8.2.2 未來配電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展的相關(guān)因素分析 235
參考文獻(xiàn) 236
第9章 高比例可再生能源集群送出的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài) 237
9.1 輸電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及對(duì)可再生能源的適應(yīng)性分析 237
9.1.1 輸電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu) 237
9.1.2 典型結(jié)構(gòu)對(duì)可再生能源的適應(yīng)性分析 248
9.2 未來輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)分析 259
9.2.1 高比例可再生能源下輸電網(wǎng)問題現(xiàn)狀 259
9.2.2 電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展分析方法 268
9.3 輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)典型案例 272
9.3.1 西北電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)算例系統(tǒng) 272
9.3.2 典型場(chǎng)景：交直流電網(wǎng)形態(tài) 287
參考文獻(xiàn) 293
第10章 高滲透率可再生能源和儲(chǔ)能靈活接入的配電網(wǎng)形態(tài)特性 295
10.1 配電網(wǎng)典型形態(tài)及對(duì)比分析 295
10.1.1 典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形態(tài)與對(duì)比分析 295
10.1.2 典型微網(wǎng)組建形態(tài)與對(duì)比分析 296
10.2 未來配電網(wǎng)形態(tài)分析 299
10.2.1 高比例新能源與電力電子化背景下配電網(wǎng)的適應(yīng)性轉(zhuǎn)變 299
10.2.2 交流、直流與交直流混聯(lián)配電網(wǎng)投資與運(yùn)行對(duì)比分析 300
10.2.3 多種靈活調(diào)節(jié)資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度 305
10.3 配電網(wǎng)形態(tài)研究典型案例 311
10.3.1 交直流配電網(wǎng)拓?fù)湫螒B(tài)演化案例 311
10.3.2 靈活調(diào)節(jié)資源協(xié)調(diào)運(yùn)行案例 314
參考文獻(xiàn) 320
第11章 高比例可再生能源的輸配電網(wǎng)協(xié)同接入及優(yōu)化配比 321
11.1 可再生能源優(yōu)化配比模型 321
11.1.1 可再生能源優(yōu)化配比模型概述 322
11.1.2 輸配電網(wǎng)協(xié)同背景下的可再生能源優(yōu)化配比模型 324
11.1.3 高比例可再生能源并網(wǎng)及輸配電網(wǎng)協(xié)同背景下的可再生能源
優(yōu)化配比模型 326
11.2 基于Benders分解的優(yōu)化配比模型求解方法 330
11.2.1 Benders分解算法簡(jiǎn)介 331
11.2.2 Benders分解內(nèi)嵌異質(zhì)分解算法 332
11.3 算例分析 338
11.3.1 算例概述 338
11.3.2 可再生能源容量?jī)?yōu)化分配效果分析 339
11.3.3 輸配電網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化分配效果分析 344
參考文獻(xiàn) 348
“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備叢書”序
序一
序二
前言
**篇 面向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理
第1章 中遠(yuǎn)期我國(guó)能源格局變化趨勢(shì)及特征 3
1.1 能源電力發(fā)展國(guó)際形勢(shì) 3
1.1.1 低碳化 3
1.1.2 電氣化 4
1.1.3 去中心化 5
1.1.4 數(shù)字化 6
1.2 我國(guó)能源電力的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力 7
1.2.1 核心驅(qū)動(dòng)力及制約因素 7
1.2.2 影響我國(guó)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的驅(qū)動(dòng)及制約因素分析 11
1.3 能源格局變化趨勢(shì)及特征研判 17
1.3.1 能源發(fā)展趨勢(shì) 17
1.3.2 能源格局主要特征研判 18
參考文獻(xiàn) 24
第2章 考慮環(huán)境與資源約束的能源電源優(yōu)化規(guī)劃 26
2.1 模型結(jié)構(gòu) 26
2.1.1 考慮環(huán)境與資源約束的能源優(yōu)化規(guī)劃模型 26
2.1.2 考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)差異化的電源優(yōu)化規(guī)劃模型 36
2.2 考慮高比例新能源接入下靈活性資源的電源模型 42
2.2.1 可再生能源發(fā)展愿景及面臨的挑戰(zhàn) 42
2.2.2 電源規(guī)劃中靈活性的供需平衡約束 43
2.2.3 考慮靈活性的電源規(guī)劃模型 48
參考文獻(xiàn) 60
第3章 未來電源系統(tǒng)時(shí)空動(dòng)態(tài)演變機(jī)理 62
3.1 電源系統(tǒng)形態(tài)演化 62
3.2 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化 66
3.2.1 火電 66
3.2.2 水電 68
3.2.3 核電 69
3.2.4 風(fēng)電 69
3.2.5 太陽能發(fā)電 70
3.3 基于探索性建模的電源系統(tǒng)時(shí)空演化 71
3.3.1 探索性建模方法 71
3.3.2 演化機(jī)理分析 72
參考文獻(xiàn) 74
第4章 我國(guó)中長(zhǎng)期電力典型發(fā)展格局預(yù)測(cè) 75
4.1 情景一：可再生能源高速發(fā)展情景 75
4.2 情景二：可再生能源中速發(fā)展情景 78
4.3 情景三：可再生能源常規(guī)發(fā)展情景 79
4.4 情景對(duì)比分析 81
參考文獻(xiàn) 86
第二篇 廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)耦合機(jī)理
第5章 廣義負(fù)荷的結(jié)構(gòu)辨識(shí)和解析 89
5.1 廣義負(fù)荷的內(nèi)涵及特征 89
5.1.1 廣義負(fù)荷的定義 89
5.1.2 廣義負(fù)荷典型特征分析 89
5.2 響應(yīng)電價(jià)變化的廣義負(fù)荷建模分析 97
5.2.1 基于彈性系數(shù)的實(shí)時(shí)電價(jià)對(duì)廣義負(fù)荷的影響 98
5.2.2 廣義負(fù)荷的模態(tài)特征提取與分析 102
5.2.3 響應(yīng)電價(jià)變化的廣義負(fù)荷模態(tài)分析 104
5.3 響應(yīng)可再生能源變化的廣義負(fù)荷建模分析 111
5.3.1 廣義負(fù)荷形態(tài)研究概述 111
5.3.2 主動(dòng)負(fù)荷與可再生能源的耦合模型及廣義負(fù)荷建模方法 113
5.3.3 基于聚類方法的典型模態(tài)提取 116
5.3.4 響應(yīng)可再生能源變化的廣義負(fù)荷模態(tài)分析 118
5.4 考慮溫度與交通情況的電動(dòng)車充電負(fù)荷模擬預(yù)測(cè)方法 128
5.4.1 車輛出行時(shí)空變量及其改進(jìn)概率模型 129
5.4.2 溫度與交通情況對(duì)電動(dòng)車充電負(fù)荷影響分析 130
5.4.3 充電負(fù)荷模擬建模 136
5.4.4 典型案例分析 139
參考文獻(xiàn) 147
第6章 廣義負(fù)荷響應(yīng)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)特性 151
6.1 廣義負(fù)荷影響因素分析 151
6.1.1 基于改進(jìn)變分模態(tài)分解法的廣義負(fù)荷分解 151
6.1.2 基于模態(tài)組合的廣義負(fù)荷影響因素解析 157
6.1.3 基于模態(tài)組合的廣義負(fù)荷影響因素分析 159
6.2 實(shí)時(shí)電價(jià)對(duì)價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷的影響建模 164
6.2.1 考慮常規(guī)影響因素的基礎(chǔ)負(fù)荷 165
6.2.2 基于消費(fèi)心理學(xué)的需求響應(yīng)負(fù)荷模型 169
6.2.3 基于消費(fèi)心理學(xué)的價(jià)格型需求響應(yīng)模型 175
6.2.4 典型算例 176
參考文獻(xiàn) 178
第7章 多時(shí)空尺度的負(fù)荷曲線形態(tài)演變 179
7.1 我國(guó)負(fù)荷曲線形態(tài)多時(shí)空尺度演變規(guī)律 179
7.1.1 行業(yè)負(fù)荷曲線模擬方法 179
7.1.2 行業(yè)負(fù)荷特性時(shí)空演變規(guī)律 180
7.1.3 行業(yè)負(fù)荷曲線形態(tài)預(yù)測(cè) 192
7.2 長(zhǎng)期負(fù)荷曲線形態(tài)演變預(yù)測(cè) 197
7.2.1 Granger因果分析 198
7.2.2 非參數(shù)回歸預(yù)測(cè)方法 200
7.2.3 長(zhǎng)期負(fù)荷概率預(yù)測(cè)方法 202
7.2.4 典型案例分析 203
7.3 飽和負(fù)荷曲線形態(tài)演變預(yù)測(cè) 209
7.3.1 基于高斯過程回歸(GPR)的概率預(yù)測(cè)模型 209
7.3.2 基于改進(jìn)混沌粒子群算法(MCPSO)的概率預(yù)測(cè)模型參數(shù)優(yōu)化 212
7.3.3 典型案例分析 216
參考文獻(xiàn) 220
第三篇 高比例可再生能源接入的輸配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式
第8章 未來輸配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵影響因素分析 223
8.1 輸電網(wǎng)發(fā)展歷程及相關(guān)因素 223
8.1.1 輸電網(wǎng)發(fā)展歷程 223
8.1.2 影響電網(wǎng)形態(tài)的關(guān)鍵因素分析 230
8.2 配電網(wǎng)發(fā)展歷程及相關(guān)因素分析 233
8.2.1 配電網(wǎng)發(fā)展歷程 233
8.2.2 未來配電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展的相關(guān)因素分析 235
參考文獻(xiàn) 236
第9章 高比例可再生能源集群送出的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài) 237
9.1 輸電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及對(duì)可再生能源的適應(yīng)性分析 237
9.1.1 輸電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu) 237
9.1.2 典型結(jié)構(gòu)對(duì)可再生能源的適應(yīng)性分析 248
9.2 未來輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)分析 259
9.2.1 高比例可再生能源下輸電網(wǎng)問題現(xiàn)狀 259
9.2.2 電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展分析方法 268
9.3 輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)典型案例 272
9.3.1 西北電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)算例系統(tǒng) 272
9.3.2 典型場(chǎng)景：交直流電網(wǎng)形態(tài) 287
參考文獻(xiàn) 293
第10章 高滲透率可再生能源和儲(chǔ)能靈活接入的配電網(wǎng)形態(tài)特性 295
10.1 配電網(wǎng)典型形態(tài)及對(duì)比分析 295
10.1.1 典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形態(tài)與對(duì)比分析 295
10.1.2 典型微網(wǎng)組建形態(tài)與對(duì)比分析 296
10.2 未來配電網(wǎng)形態(tài)分析 299
10.2.1 高比例新能源與電力電子化背景下配電網(wǎng)的適應(yīng)性轉(zhuǎn)變 299
10.2.2 交流、直流與交直流混聯(lián)配電網(wǎng)投資與運(yùn)行對(duì)比分析 300
10.2.3 多種靈活調(diào)節(jié)資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度 305
10.3 配電網(wǎng)形態(tài)研究典型案例 311
10.3.1 交直流配電網(wǎng)拓?fù)湫螒B(tài)演化案例 311
10.3.2 靈活調(diào)節(jié)資源協(xié)調(diào)運(yùn)行案例 314
參考文獻(xiàn) 320
第11章 高比例可再生能源的輸配電網(wǎng)協(xié)同接入及優(yōu)化配比 321
11.1 可再生能源優(yōu)化配比模型 321
11.1.1 可再生能源優(yōu)化配比模型概述 322
11.1.2 輸配電網(wǎng)協(xié)同背景下的可再生能源優(yōu)化配比模型 324
11.1.3 高比例可再生能源并網(wǎng)及輸配電網(wǎng)協(xié)同背景下的可再生能源
優(yōu)化配比模型 326
11.2 基于Benders分解的優(yōu)化配比模型求解方法 330
11.2.1 Benders分解算法簡(jiǎn)介 331
11.2.2 Benders分解內(nèi)嵌異質(zhì)分解算法 332
11.3 算例分析 338
11.3.1 算例概述 338
11.3.2 可再生能源容量?jī)?yōu)化分配效果分析 339
11.3.3 輸配電網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化分配效果分析 344
參考文獻(xiàn) 348
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高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)及演化 節(jié)選
**篇 面向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理 第1章 中遠(yuǎn)期我國(guó)能源格局變化趨勢(shì)及特征 當(dāng)前，全世界正在經(jīng)歷一場(chǎng)能源體系的革命性轉(zhuǎn)型，其核心是以可再生能源為主體的新型能源體系逐漸取代當(dāng)前以化石能源為支柱的傳統(tǒng)能源體系，以應(yīng)對(duì)地球礦產(chǎn)資源日益枯竭的危機(jī)以及以氣候變化為代表的全球生態(tài)危機(jī)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。 1.1 能源電力發(fā)展國(guó)際形勢(shì) 21世紀(jì)以來，國(guó)際能源格局發(fā)生重大調(diào)整，以美國(guó)頁(yè)巖氣革命為代表的非常規(guī)油氣加速發(fā)展，重塑了傳統(tǒng)能源供應(yīng)版圖，可再生能源技術(shù)的日益成熟悄然拉開能源轉(zhuǎn)型的大幕，預(yù)示著能源體系將迎來整體性變革。另外，以大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等為主要驅(qū)動(dòng)力的新一輪工業(yè)革命將帶動(dòng)能源行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合。整體來看，能源電力的發(fā)展正呈現(xiàn)低碳化、電氣化、去中心化、數(shù)字化的趨勢(shì)。 1.1.1 低碳化 第二次工業(yè)革命后，隨著人類生產(chǎn)生活水平的提高和對(duì)能源開發(fā)利用量的增加，大量被固存地底的碳元素被人類再次排放至大氣中。溫室氣體排放已經(jīng)使全球平均溫度比工業(yè)革命之前升高了0.85℃，溫度升高將導(dǎo)致冰川融化、水平面上升、物種滅絕。為防止氣候進(jìn)一步惡化，《巴黎協(xié)定》提出：“把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上2℃以內(nèi)，并努力將氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上1.5℃以內(nèi)！睘榱巳祟惿鐣(huì)的可持續(xù)發(fā)展，低碳化已經(jīng)成為全球能源發(fā)展的重要趨勢(shì)。未來，低碳經(jīng)濟(jì)、低碳技術(shù)、低碳能源等的發(fā)展將持續(xù)受到世界各國(guó)的重視和支持。 為共同應(yīng)對(duì)氣候變化問題，1997年，世界主要國(guó)家共同簽署了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約的京都議定書》[1]，八年后，議定書正式生效，確定發(fā)達(dá)國(guó)家減排量在1990年平均基礎(chǔ)上減少5.2%；2011年，第七次框架公約締約方會(huì)議通過《馬拉喀什協(xié)定》[2]，明確了碳交易機(jī)制及三種履約機(jī)制的運(yùn)行規(guī)則，涉及碳的核證、測(cè)算、統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)和認(rèn)證。2016年世界各國(guó)簽署的《巴黎協(xié)定》對(duì)21世紀(jì)溫度和碳排放控制進(jìn)行了規(guī)劃；2016年，聯(lián)合國(guó)各成員國(guó)通過17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，其中第13點(diǎn)氣候行動(dòng)明確對(duì)溫室氣體排放進(jìn)行了闡述。 隨著政策引導(dǎo)與技術(shù)進(jìn)步，世界可再生能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，其發(fā)展規(guī)模及在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比不斷提高，在電力、交通燃料等方面大量替代化石燃料。自2014年開始，全球可再生能源新增發(fā)電裝機(jī)容量超過煤炭和天然氣發(fā)電新增容量之和，尤其是風(fēng)能、太陽能開發(fā)利用成本迅速下降，成為可再生能源供給中的主力。2018年，世界可再生能源總裝機(jī)容量達(dá)到2378GW，其中，水電1132GW、風(fēng)電591GW、光伏發(fā)電505GW、生物質(zhì)能130GW、地?zé)崮?3.3GW、光熱發(fā)電5.5GW、海洋能0.5GW，可再生能源裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到全球總裝機(jī)容量的33%以上[3]。 此外，各國(guó)還在加緊研究二氧化碳捕捉和封存技術(shù)。碳捕捉技術(shù)主要包含燃燒前捕捉技術(shù)、富氧燃燒捕捉技術(shù)及燃燒后捕捉技術(shù)，而碳封存技術(shù)有地質(zhì)封存、海洋封存、化學(xué)封存三種主要的封存方式[4]。通過對(duì)后期二氧化碳的再次封存，避免其直接排放對(duì)環(huán)境氣候的傷害。 1.1.2 電氣化 能源電氣化是間接意義上的“能源清潔化”。*先，風(fēng)、光等可再生能源不便直接用于終端消費(fèi)，大多通過轉(zhuǎn)化為電能來供給能源消費(fèi)，可再生能源已經(jīng)成為全球新增電能的*主要來源。其次，包括二氧化碳捕捉和封存在內(nèi)的很多低碳技術(shù)及大型化石能源脫碳脫硫設(shè)備等，都可方便并廣泛地應(yīng)用于電力生產(chǎn)工業(yè)，使電力生產(chǎn)更加清潔。 能源電氣化是社會(huì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢(shì)。目前，隨著社會(huì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，越來越多的生活用能開始轉(zhuǎn)向使用電能，越來越多的高科技設(shè)備依賴于電能。并且，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，電能將成為輔助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要支柱能源，能源的電氣化趨勢(shì)在一定程度上彰顯社會(huì)的進(jìn)步。 全球電氣化水平持續(xù)依舊穩(wěn)步增加，但各地區(qū)電氣化程度差距明顯[5]。目前北美地區(qū)電氣化水平明顯高于世界平均水平，但非洲、中東等地區(qū)明顯低于世界水平。電氣化種類方面，商用、居民、工業(yè)電氣化均增長(zhǎng)較快，其中商用電能在終端電能中占比超過50%。日、韓、美、英、德等國(guó)家電氣化水平均高于世界平均水平，日本的總體電氣化水平是*高的。主要國(guó)家中，中國(guó)、印度、巴西、俄羅斯均存在部分能源需求側(cè)電氣化程度不足的情況。其中，中國(guó)占能源消費(fèi)側(cè)的比重在主要國(guó)家中為*低，但整體電氣化增長(zhǎng)速度較快，高于全球平均增速。 從當(dāng)前電氣化發(fā)展情況來看，以煤炭為*主要終端用能的國(guó)家，未來一段時(shí)間內(nèi)將成為電氣化發(fā)展的中流砥柱。這些國(guó)家將在原有電力設(shè)施轉(zhuǎn)型和新電力設(shè)施建設(shè)上雙重發(fā)力，將可再生能源的利用與電氣化發(fā)展相結(jié)合，致力于通過電氣化替代能源結(jié)構(gòu)中的煤炭使用？梢钥隙ǖ氖，在全球電氣化趨勢(shì)不可逆的前提下，世界各國(guó)均將從這個(gè)趨勢(shì)中獲利。 根據(jù)國(guó)際可再生能源署(International Renwable Energy Agency，IRENA)預(yù)測(cè)，電力在全球*終能源中的比例可能會(huì)從2018年的20%增加到2050年的近45%。同時(shí)，可再生電源在全球發(fā)電總量將從2018年的26%攀升至2050年的85%，其中高達(dá)60%來自太陽能和風(fēng)能等波動(dòng)性電源[6]。雖然電力消費(fèi)在增加，但由于能效的提高，例如電氣化的供熱和運(yùn)輸系統(tǒng)的效率高于化石燃料，總能量需求反而減少。全球范圍內(nèi)建筑物用能電氣化的潛力*高(2050年可達(dá)50%～80%)，其次是工業(yè)部門(34%～52%)，然后是運(yùn)輸部門(10%～52%)。IRENA預(yù)測(cè)，2050年全球可以使用十億輛電動(dòng)汽車，使用熱泵的供暖的建筑物可能會(huì)增加十倍，數(shù)量可能超過2.5億臺(tái)。 1.1.3 去中心化 傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)采用大容量設(shè)備，集中生產(chǎn)，然后通過專門的輸送設(shè)施(大電網(wǎng)、大熱網(wǎng)等)將各種能量輸送給較大范圍內(nèi)的眾多用戶。由于能源集中式接入對(duì)能源供給端的要求較高，能源消費(fèi)終端的消費(fèi)體驗(yàn)也因此受限。隨著能源技術(shù)發(fā)展和終端消費(fèi)量不斷提高，能源供應(yīng)被要求從“單級(jí)別”向“多樣化”轉(zhuǎn)變，城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也從“單中心”向“多中心”轉(zhuǎn)變，所以無論是從能源結(jié)構(gòu)上，還是城市結(jié)構(gòu)上，“去中心化”將是大勢(shì)所趨[7]。 由于分布式能源系統(tǒng)直接面向用戶，按用戶需求就地生產(chǎn)并供應(yīng)能量，具有靈活性和高效性，可滿足中、小型能量轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)。能量終端的單位用戶利用自己生產(chǎn)能源的方式自給自足，進(jìn)行不同層級(jí)的小規(guī)模聯(lián)網(wǎng)，采取互相獨(dú)立又聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)輸送體制，可使能源傳輸和使用透明公開，保障公平競(jìng)爭(zhēng)與合作。 去中心化強(qiáng)調(diào)“能源的廣泛互聯(lián)互通”，具有規(guī)模小、消納好、靈活性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、適應(yīng)度好、清潔低碳等特點(diǎn)。去中心化也可以理解為能源互聯(lián)網(wǎng)模式，即能源可以實(shí)現(xiàn)無障礙流通、全透明流通，并得到與互聯(lián)網(wǎng)中信息流通一樣的安全保障和內(nèi)容維護(hù)。通過增加近距離小范圍的自我消納，去中心化可廣泛解決用戶能源梯級(jí)需求差距大、淡旺季能源調(diào)峰困難以及冷熱遠(yuǎn)距離傳輸難等問題。 目前，全球能源去中心化發(fā)展迅速。據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Navigant Research統(tǒng)計(jì)，2019年全球分布式能源容量已經(jīng)達(dá)到158.3GW，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到近345GW[8]。其中發(fā)達(dá)國(guó)家能源去中心化比較明顯，政策力度也比較大，多數(shù)發(fā)展中國(guó)家在去中心化上跟發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距。歐盟分布式能源發(fā)電量位居全球前列，其中丹麥80%以上的區(qū)域供熱能源采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式產(chǎn)生，分布式發(fā)電量超過全部發(fā)電量的50%，是分布式能源發(fā)展程度*高的國(guó)家。美國(guó)根據(jù)其地理因素和資源儲(chǔ)備，積極推進(jìn)以天然氣為主要能源的分布式能源系統(tǒng)，分布式能源發(fā)電比例為14%左右。日本的分布式發(fā)電以熱電聯(lián)產(chǎn)和太陽能光伏發(fā)電為主，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公園、學(xué)校、醫(yī)院、展覽館等公用設(shè)施，并計(jì)劃2030年前實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)發(fā)電量占總電力供應(yīng)的20%。我國(guó)分布式能源發(fā)展剛剛起步，目前以天然氣分布式發(fā)電和光伏分布式發(fā)電為主，均處在發(fā)展初級(jí)階段。 發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在分布式能源的基礎(chǔ)上開展了多能互補(bǔ)和效率優(yōu)化。美國(guó)、歐洲和日本在先進(jìn)分布式發(fā)電基礎(chǔ)上推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)，為各種分布式能源提供自由接入的動(dòng)態(tài)平臺(tái)。同時(shí)，因地制宜地利用小水電資源、生物質(zhì)資源、可再生能源及天然氣冷熱電聯(lián)供梯級(jí)利用以推進(jìn)能源的進(jìn)一步高效利用，在此基礎(chǔ)上建立節(jié)能和需求側(cè)管理的智能化控制管理平臺(tái)[9]。正是這些依附于用戶終端市場(chǎng)的能源梯級(jí)利用系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)和資源綜合利用系統(tǒng)，使能源利用效率不斷提高，排放不斷減少，能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。 1.1.4 數(shù)字化 數(shù)字化轉(zhuǎn)型正加速創(chuàng)建一個(gè)以信息為基礎(chǔ)的、智能的、高生產(chǎn)率和高度聯(lián)網(wǎng)的世界。隨著數(shù)字化技術(shù)席卷全球，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)為特征的數(shù)字經(jīng)濟(jì)也成為了傳統(tǒng)能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的新目標(biāo)。能源數(shù)字化指的是利用數(shù)字技術(shù)，引導(dǎo)能量有序流動(dòng)，構(gòu)筑更高效、更清潔、更經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代能源體系，提高能源系統(tǒng)的安全性、生產(chǎn)率、可及性和可持續(xù)性。數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析和數(shù)據(jù)互聯(lián)在能源領(lǐng)域的運(yùn)用無處不在，在很大程度上可以提高運(yùn)營(yíng)效率，將減少約10%的能源使用量。 能源系統(tǒng)數(shù)字化能夠準(zhǔn)確判斷能源需求，并明確如何能夠在合適的時(shí)間、合適的地點(diǎn)以*低的成本提供能源。能源全產(chǎn)業(yè)鏈，將從能源勘探、生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售和服務(wù)等各環(huán)節(jié)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，需要引入大數(shù)據(jù)、高效計(jì)算、即時(shí)通信等技術(shù)，促進(jìn)能源降本增效綠色發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)的加速轉(zhuǎn)型。根據(jù)國(guó)際能源署(International Energy Agency，IEA)《數(shù)字化和能源》預(yù)測(cè)，數(shù)字技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用將使油氣生產(chǎn)成本減少10%～20%，使全球油氣技術(shù)可采儲(chǔ)量提高5%，頁(yè)巖氣有望獲得*大收益。僅在歐盟，增加存儲(chǔ)和數(shù)字化需求響應(yīng)就可以在2040年將光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的棄電率從7%降至1.6%，從而到2040年避免3000萬t二氧化碳排放[10]。 世界主要能源公司都在加緊數(shù)字化戰(zhàn)略研究與布局。英國(guó)石油公司(British Petroleum，BP)將數(shù)字化戰(zhàn)略列為公司五大戰(zhàn)略之一，與新交通、生物燃料、儲(chǔ)能和碳管理等能源前沿技術(shù)并駕齊驅(qū)。法國(guó)天氣熱蘇伊士集團(tuán)(ENGIE SA)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型三大方向中，數(shù)字化被認(rèn)為是值得關(guān)注的重點(diǎn)戰(zhàn)略方向(另外兩個(gè)是低碳化和分布化)。數(shù)字化作為一個(gè)新興領(lǐng)域，目前更多是在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行能
高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)及演化 作者簡(jiǎn)介
魯宗相，清華大學(xué)電機(jī)系長(zhǎng)聘副教授，博導(dǎo)，清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院常務(wù)副院長(zhǎng)。IET Fellow，IEEE Senior Member，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，四川電機(jī)工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，北京電機(jī)工程學(xué)會(huì)新能源專業(yè)委員會(huì)副主任委員，可再生能源學(xué)會(huì)綜合系統(tǒng)專委會(huì)副主任委員。主要研究方向?yàn)轱L(fēng)電/太陽能發(fā)電并網(wǎng)分析與控制、能源與電力宏觀規(guī)劃、電力系統(tǒng)可靠性、分布式電源及微電網(wǎng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金3項(xiàng)、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題2項(xiàng)，863子課題1項(xiàng)，科技支撐項(xiàng)目子課題2項(xiàng)，國(guó)際合作項(xiàng)目1項(xiàng)。出版著作及合著8部（英文專著1部），發(fā)表論文180余篇。 黎靜華，教授，博士生導(dǎo)師，IET Fellow、IEEE Senior Member、廣西自治區(qū)C層次人才，全國(guó)寶鋼優(yōu)秀教師、廣西勤廉榜樣先進(jìn)個(gè)人、廣西青年科技獎(jiǎng)獲得者，F(xiàn)任廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金3項(xiàng)，以第一完成人獲2020年廣西科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和中國(guó)電力創(chuàng)新二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，專著2部，合作專著3部，發(fā)表SCI、EI期刊論文80余篇。 伍聲宇，工學(xué)博士，國(guó)網(wǎng)能源研究院能源戰(zhàn)略與規(guī)劃所室主任。長(zhǎng)期從事能源電力戰(zhàn)略與規(guī)劃、能源電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面的研究工作。主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 1 項(xiàng)。作為負(fù)責(zé)人，研究成果獲得北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)，多次獲得國(guó)家能源局軟科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)、國(guó)家電網(wǎng)有限公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)等。
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