非洲大陆电力系统总体规划的 SPLAT - CMP 模型 2023 的方法框架
背景: 国际可再生能源署（IRENA）与国际原子能机构（IAEA）合作，支持《议定书》/《公约》缔约方会议的倡议，并选择 IRENA 的 SPLAT 模型作为 CMP 建模的起点。经过两年开发和完善，形成了 SPLAT-CMP 模型 2023 版本，该模型整合了 48 个非洲国家的最新信息，旨在支持非洲单一电力市场（AfSEM）的规划。
模型框架: SPLAT-CMP 模型基于 IRENA 的 SPLAT 模型框架，并结合了 MESSAGE 模型的功能。模型将电力系统分为三个层级：
- 主要层级: 代表每个国家节点可获得的资源（一次能源）。
- 次要层级: 代表国家内的所有发电资产和储能设施，以及通过国内输电网进行电力传输。
- 三级层级: 代表国内配电网络将要满足的主流消费者需求。
模型更新: SPLAT-CMP 模型相较于之前的 Splat 模型包含多项更新：
- 发电技术: 引入了更详细的可再生能源技术建模方法，包括：
- 水电：利用 AfREP-hydro 数据库，考虑河流流量季节性和水库调节能力。
- 太阳能和风能：采用 MSR 方法，将高潜力站点分组形成集群，并考虑地理空间分布。
- 地热：根据东非裂谷国家的地热资源评估项目进行建模。
- 生物质：基于历史甘蔗产量和人口预测，估算生物质发电潜力。
- 跨境电力传输: 引入了更详细的传输线路建模方法，考虑电压等级、线路长度、地形因素和连接类型（AC、HVAC、HVDC）。
- 储能: 引入了抽水蓄能水电站和电池储能设施，并考虑了储能功率/能量比值、损耗等因素。
- 约束条件: 引入了系统和国家层面的约束条件，包括：
- 准备金保证金：每个发电能力和互联容量的建设单位必须贡献其一定比例的容量到总体储备边际中。
- 瞬时 VRE 渗透率：设定为 70%，但未来可能根据实际情况进行调整。
- 技术部署速度：对太阳能和风能技术设置了最大年度建设速率，以避免虚假结果。
- 其他：还包括最小利用率、降容系数等约束条件。
模型运行: 由于计算复杂度限制，SPLAT-CMP 模型通常以时间切片形式运行，而非小时级分辨率。模型运行策略包括：
- 时间切片定义: 保留国家层面高峰负荷时段，并采用平均化处理方法，以更好地表示风能的波动性。
- 弱风季节: 引入假设的“弱风季节”，以更好地评估风力不佳时期所需的容量。
模型版本控制: 采用 Git 存储库进行版本控制，确保模型开发的可追溯性和协作效率。
未来改进方向:
- 国内互联: 细化国家内部的传输线路和节点，以更好地反映实际情况。
- 储备边际: 细化互联线路的储备边际贡献，考虑更多相关因素。
- 折现率: 探索国家或技术特定的折现率，以更准确地反映投资风险。
- 需求侧管理: 探索通过需求侧管理实现脱碳的潜力。
- VRE 渗透限制: 更动态地表示瞬时可再生能源渗透限制。
- 电池储能: 进一步细化电池储能模型，并考虑不同类型电池的特性。
- 燃料价格: 对燃料价格进行更好的区域和国家层面差异化定价。
- 氢气: 增加氢气作为能源载体的选项。
结论: SPLAT-CMP 模型为非洲大陆电力系统规划提供了重要的工具，有助于制定大陆规模发电和跨境输电扩展策略。模型的应用将促进非洲电力市场的整合和可再生能源的发展。
