中国可再生能源主导电力系统情景下的电网灵活性增强

国际能源分析部门能源分析和环境影响司劳伦斯伯克利国家实验室加强电网灵活性的场景下在中国renewable-dominant电力系统江林*,Nikit Abhyankar *,帮他1许,刘2,Shengfei阴*两位作者对本分析的贡献相同北京大学1石溪大学,22021年8月 免责声明本文件是作为美国政府赞助的工作的说明而编写的。虽然这份文件被认为包含正确的信息，但美国政府都没有或任何机构，或加州大学董事会，或其任何雇员，对准确性作出任何明示或暗示的保证，或承担任何法律责任，披露的任何信息、设备、产品或过程的完整性或有用性，或表示其使用不会侵犯私有权利。本文提及任何具体商业产品、流程或服务，通过其商品名称、商标、制造商或其他方式，不一定构成或暗示美联航对其的认可、推荐或偏袒州政府或其任何机构，或加州大学董事会。观点作者在此表达的观点不一定陈述或反映美国的观点政府或其任何机构，或加州大学董事会。劳伦斯伯克利国家实验室是一个机会均等的雇主。版权声明本手稿由劳伦斯伯克利国家实验室的作者撰写，在合同编号DE-AC02-05CH11231与美国能源部。美国政府保留，出版商通过接受文章发表，承认美国政府保留非排他性、付费、不可撤销的全球许可，以发布或为美国政府复制本手稿的出版形式，或允许他人这样做目的。 确认本研究中描述的工作是在劳伦斯伯克利国家实验室进行的，得到休利特基金会、格罗尔德家族基金会、能源基金会（中国）的支持，和MJS基金会和美国能源部根据合同编号。DE-AC02-05年ch11231。作者感谢以下专家审阅本报告（隶属关系并不意味着这些组织支持或认可这项工作）：费迪李希Kahrl马克斯Dupuy称:"现在3铁路公司监管援助项目元京能源基金会中国罗伯特WeisenmillerJianhui王克里斯Marnay詹姆斯Hyungkwan金Junfeng胡加州大学伯克利分校达拉斯南卫理公会大学劳伦斯伯克利国家实验室劳伦斯伯克利国家实验室华北电力大学,中国华北电力大学,中国Jiahai元加强 网格 灵活性 下 场景 的 一个 可再生量占主导地位 权力 系统 在 中国│我 表的内容确认。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。我表格 的 内容。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。第二表格 的 数字。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。第三1. 介绍。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12. 文学 审查 ...................................................................................................................................13. 方法 和 数据。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24. 结果 ....................................................................................................................................................35. 讨论。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。116. 引用。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12加强 网格 灵活性 下 场景 的 一个 可再生量占主导地位 权力 系统 在 中国第二│ 数据表数字 1. 安装 能力 和 一代 通过 技术 在 2030 下 不同的 碳量降低场景 (1) 和 与 的 当前的 省 平衡 （1b）............4数字 2. 中国 国家 年度 权力 一代 通过 技术 与 两个 水平 的 煤炭 灵活性 下四个 可再生 能源 场景 (2) 和 平均 国家 调度 与 2 水平 的 煤炭 灵活性下 的 再保险 场景 （2b）........................5数字 3. 中国 国家 年度 一代 (所有 场景) (3) 和 平均 调度 在 典型的 个月 (重新场景) 与 省、 区域, 和 国家 平衡 （3b）............7数字 4. 中国 国家 年度 一代 (4) 和 平均 调度 (重新 场景) 与 没有 传输障碍 率 相比 与 一个 1000 美元/兆瓦的公里 传输 障碍 率 (4 b) 下 省平衡 ................................................................................................................................................8数字 5. 中国 国家 年度 一代 (所有 场景) (5) 和 平均 调度 (重新 场景) 与没有 传输 障碍 率 与 省 平衡 区域 相比 与 一个 1000 美元/兆瓦的公里传输 行 投资 约束 (5 b) 与 更大的 平衡 地区.......................................... 10数字 6. 平均 批发 成本 的 电 (固定 成本 包括) 下 不同的 场景 .............11加强 网格 灵活性 下 场景 的 一个 可再生量占主导地位 权力 系统 在 中国第三│ 1. 介绍中国电力行业是世界上最大的排放国之一，约占14%全球能源碳排放。1可再生能源和存储成本下降电力部门快速脱碳的重大新机遇是不可能的几年前。最近使用最新可再生能源和电池成本趋势的一些研究已经表明，到2030年，中国可以经济高效地实现高达60%的电力部门的脱碳。2认识到提高其气候领导力和可持续性的机会越来越多发展方面，中国承诺到2020年9月实现2060年碳中和。此外，它设定到2030年安装1200吉瓦太阳能和风能的目标。3而快速考虑电力部门的脱碳和其他最终用途部门的电气化实现碳中和的关键战略，中国国内对维护可再生能源主导电力系统的运营挑战。4,5在本文中,我们评估中国电力部门近乎完全脱碳的运行可行性2030年，在省级采用每小时系统调度和运营模拟。这正在考虑的措施包括扩大平衡区域，超出目前的省级边界，扩大输电能力，使现有燃煤电厂更加灵活，可再生能源和选址靠近负荷中心。2. 文献综述克服整合更高可再生能源渗透率的运营挑战进入电网需要改变运营、市场和投资规划。现存关于解决可再生能源可变性和促进可再生能源整合的研究重点是几个主要的路线图:6–8传播,9大平衡区域、存储、10需求响应、电力系统运行、电力市场和供荷一体化传输。11Cochran （2015） 和 Martinot （2016） 总结了关键网格集成战略并确定市场和系统运营是成本最低的增长来源网格的灵活性。8,12电池和其他储能资源，特别是长期能源存储，在更高的渗透水平上也变得至关重要。10,13需求反应可以用于提高电网灵活性，为供应方提供可行、经济高效的替代方案的投资。14–16市场设计对于确保资源充足和充足也至关重要当需要这些资源以实现长期可靠性时，收入以收回成本可再生能源的渗透,17并与排放等其他市场工具保持一致交易系统(ETS)。18在区域范围内，NREL的可再生电力期货研究探讨了美国可再生能源发电水平非常高的影响和挑战它表明到2050年有可能实现80%的可再生电网，电网灵活性来自供需侧选项组合，包括灵活的传统发电、电网存储、新传输、响应速度更快的负载以及电力系统的变化操作。19–21最近的一项研究表明，到2035年达到90%的无碳电力是可能是由于太阳能、风能和存储成本急剧下降。22类似的结果报道中国可再生能源主导电力系统情景下的电网灵活性增强│1 欧盟、印度和世界其他地区。例如，欧盟2050年能源路线图显示欧盟可以通过强调存储和氢。23,24Deshmukh（2021）和Abhyankar （2021）评估印度的可再生能源整合并发现昼夜储能相当于平均每日可再生能源的10%左右需要能源发电来可靠地整合可再生能源渗透率高达40-50%.25一些研究评估了中国电力系统脱碳的整体潜力;非常很少有人审查关键的运营层面的细节和挑战。中国的能源研究研究所（2015）探讨了可再生能源可能占60%以上的途径到2050年，能源消耗和超过85%的电力消耗。4他et al。(2020)确定中国60%以上的电力来自低碳来源低成本可再生能源促进2030年。袁等人（2020）以吉林省为例用于评估40%可再生能源渗透率的系统灵活性和建议的升级煤炭和天然气工厂，整合供应、输送、装载和储存资产。26丁等人（2021）以江苏为例，表明改造燃煤机组满足峰值负荷可以提高系统的灵活性。27Lin等人（2019）和Abhyankar等人（2020）研究了广东和南方电网的经济调度和电力市场的好处。28,29研究还讨论了微电网的作用，需求响应以及与微电网的整合运输和建筑部门减少可再生能源削减并增加系统具有高可再生渗透率的灵活性。但是，相互作用和权衡这些方法尚未得到很好的理解。我们的工作通过评估不同方法的影响和有效性，并为加速中国的发展提供见解可再生能源的发展。3.方法和数据评估高可再生能源渗透率对电力系统影响的研究使用各种优化工具，即生产成本模型、产能扩展模型或这些的组合。容量扩展模型包括固定成本和可变成本现有和计划的发电、储能、需求侧资源和输电选择最佳资产组合以满足未来电力需求的基础设施年。生产成本模型仅使用给定的可变成本模拟电网调度以最低的成本满足电力需求。通常，容量扩展模型具有较低的时间分辨率和不太详细的内容表示电力系统，因为他们在多年内优化系统。相反，生产成本模型具有更高的时间分辨率（分钟到小时）和电力系统的更详细表示，但通常模拟整个系统只有一年。我们使用PLEXOS，这是能源示例使用的行业标准优化软件由全球电网运营商和公用事业公司提供。PLEXOS优化了单位承诺和使用混合整数规划最小化目标的经济调度决策成本函数，受负载、排放、输电和发电机等约束斜坡速率限制。我们使用 Xpre