基于新能源最大化消纳的源网荷储协调应用研究

王 枫，周 斌，郑云飞

（国网湖北省电力有限公司，武汉 435000）

近年来，随着全球气候变暖，世界各国越来越重视碳排放问题。2020年，我国正式提出了“2030年碳达峰、2050年碳中和”目标。2021年2月，国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布了《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》（发改能源规〔2021〕280 号）。为适应新形势，国家电网有限公司提出建设具有中国特色且国际领先的能源互联网企业的战略目标，电力系统的源网荷储协调运行模式作为能源互联网的核心和纽带，可以带动整个能源系统的资源优化配置。“双碳”目标的提出也将催生新能源爆发式增长。以湖北省为例，预计未来10 ～15年，其新能源将处于持续快速发展的时期。本研究基于湖北省能源基础条件和发展现状，探索建立源网荷储协调运行模式，这对于提高湖北省可再生能源消纳责任权重、助力“双碳”目标实现具有重要的现实意义。

1 国内外研究综述

1.1 国外研究进展

早在21 世纪初，美国就提出了未来可再生电能传输与管理系统（FREEDM），如图1 所示。这是一种源网荷储协调管理信息系统。该系统主要依托现代信息技术，将集中式发电资源与多类型发电单元整合在一起，继而实现能源供需状态的实时动态监测。

图1 FREEDM 基本结构

FREEDM 引入了一个固态变压器（SST）装置。该装置可将分布式电源、配电网、负荷以及储能有效整合，实现信息在源网荷储侧的快速传播和主动控制。SST 又被称作能源路由器，具有变压、整流和逆变的功能，能在源网荷储侧随插随用，实现能源信息的双向流动。同时，为了实现能源信息的实时自我反馈，进一步优化本地电力系统，FREEDM 还配备了配电网智能信息管理系统（DGI）。

在实现源网荷储协调互动和电力系统有效控制方面，德国提出了新能源消纳技术发展规划（E-Energy），其技术路线如图2所示。

图2 E-Energy 的技术路线

E-Energy 将信息与通信技术（ICT）、电力系统紧密融合，用ICT 技术实现源网荷储各节点的信息采集和负荷侧的优化管理控制，从而建立一条高效互联互通的能源及信息传输网络，勾勒出一幅未来能源体系高效发展的画面。

在E-Energy 计划支持的6 个涉能源互联网项目中，RegModHarz 虚拟电厂项目是提高可再生能源利用率的源网荷储系统典型示范案例。目前，该项目的电源侧已同时拥有风、光、生物质能等多种可再生能源。该项目利用现代通信技术构建了一套统一的数据传输标准，可以将分布式电源与虚拟电厂有效连接，把分布式电源的数据变化信息及时反馈到虚拟电厂，进而增强控制中心对场站发电数据变化的快速反应和及时处理能力。为了更好地实现虚拟电厂对电源侧和负荷侧的双向管理，该项目还根据家庭用户的特点和需求开发了双向能源管理系统（BEMI），该系统可远程调控家庭用户的用电情况，如用电量、用电时间。用户每天的用电情况也会上传到系统数据库，通过机器学习不断优化对源荷侧电力的调控。另外，欧盟国家还组织实施了示范性智能电网工程（eTelligence）、FENIX 虚拟电厂项目，积极探索建立区域性的能源互联网及电力市场，建立基于分布式能源的新型电力系统。

1.2 国内研究进展

我国的源网荷储协调应用研究时间不长。目前，已有部分省级电网企业和系统内直属单位依托能源互联网建设，在源网荷储协调发展和智能互动领域开展了创新探索。

国网江苏省电力有限公司针对大规模源网荷如何实现“源随荷动、荷随网动”的难题，做了精准负荷控制关键技术的研究，在实践中构建了一套源网荷储智能互动新模式。为进一步提升京津唐电网对新能源的优化调度和实时控制能力，国家电网有限公司华北分部将电动汽车和分布式储能纳入电网，进行了积极的实践探索。国网青海省电力公司针对可再生能源大数据的汇集、处理、存储、服务和运营问题，构建了全国第一个可再生能源大数据创新平台，其被工业和信息化部列为示范平台；国网天津市电力公司建立一个基于绿色办公大楼的“5+1”综合能源示范平台，包括风、光、储、地热、充电桩五大供电系统和一个综合能源智慧管控平台。

2 发展现状

新能源的大规模应用使得经济社会对能源的需求得到缓解，生态环境得到改善。但是，电力系统的建设步伐未能及时跟上新能源的应用速度，不可避免地产生一些新问题。比如，湖北省新能源发电装机容量在整个“十三五”期间提高了500%，预计2020—2030年仍能保持年均11%的速度快速增长。但是，湖北省部分地区电网对新能源的消纳和外送能力当前已经达到饱和状态。照此以往，电网调峰的难度和安全稳定运行压力越来越大。目前，新能源发电弃风率、弃光率、弃水率仍处在高位，电力系统综合效率不高、源网荷储环节协调不够、各类电源互补互济不足等深层次矛盾日益凸显，亟待统筹优化。

3 对策建议

3.1 加快构建源网荷储友好互动平台

深入分析能源互联网信息采集、感知、处理与应用等环节要求，加强以“互联网+清洁能源”为本质特征的源网荷储友好互动平台构建模式研究，促进各类能源互通互济，源网荷储协调互动。将电网规划的重心向新能源的并网和送出转移，根据新能源电源的建设和并网进度，动态调整规划电网建设时序，有效引导新能源投资方向，提高跨区域送电能力。

3.2 全面提升电力系统调峰能力

在电源侧，争取湖北省能源局出台政策鼓励煤电机组灵活性改造，争取2025年前应改尽改。争取湖北省能源局出台新能源优先配置政策，对于实施煤电机组灵活性改造的发电企业配置新能源发展指标，对新增新能源项目要求配置储能。

在电网侧，加快推进大幕山等符合规划的抽水蓄能电站前期工作。积极支持和服务煤电机组灵活性改造，合理安排年度计划，为改造提供窗口期。

在负荷侧，大力发展需求侧响应技术，发挥电动汽车的灵活调节能力，建立湖北省内可调节负荷资源库，2025年前需求侧响应负荷达到最大负荷的5%。

在储能侧，全面推进储能规模化应用，在源网荷各侧探索构建应用场景和商业模式，打造示范项目。同时，加强对集中式共享储能和电制氢技术应用的探索。

3.3 加快储能建设及运营质效提升

根据不同地区对灵活调节资源的需求、发展定位和特点，明确储能发展规模和设施布局，合理确定接入范围和建设时序并滚动调整，引导储能合理布局、有序发展。加快推动储能云平台建设，创新储能运营的体制机制，尽快实现储能设备资源优化配置和高效利用。

4 结语

在全国上下稳步推进碳达峰、碳中和的背景下，有必要基于新能源最大化消纳，研究源网荷储协调应用。当前，国网湖北省电力有限公司要妥善处理清洁发展与系统安全、电力保障、系统成本的关系，从电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧分别构建具有湖北省特色的源网荷储协调运行模式，破除制约新能源消纳的机制问题，全面提升当地新能源消纳水平，推进新能源产业健康有序发展，服务区域能源绿色转型，助力具有中国特色且国际领先的能源互联网建设和“双碳”目标落地实施。