新能源消纳和新型电力系统发展亟需灵活资源助力，政策鼓励 下
虚拟电厂发展可期1、新型电力系统面临“双高”，源荷波动性亟需资源平抑
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国新能源发电在过去的数十年内发展势头较好，已在短时间内实现新能源高比例渗透电 力系统。从电力消费的角度看，相较于欧洲和美国等发达地区，我国仍处于用电量水平仍 处于快速提升的阶段，且电力消费需求体量已经超过了美国欧洲等发达国家和地区。 在电力需求增速仍然较高的局面下，风光电量占比已经实现快速提升。截至 2022年，我国 新能源风光发电量占比已达 13.7%，与美国（14.9%）水平相当。虽然与欧盟（22.3%）、 德国（31.7%）尚存差距，但以电力消费体量情况来看，欧洲各个国家电力消费量与我国 分省用电量体量大致相同。分省来看，我国部分新能源大省也达到了高比例新能源发展阶 段，其中青海的新能源风光发电量已达 41.5%，为新能源渗透率最高的省份。其他省份包 括河北（31.1%）、甘肃（26.8%）、宁夏（23.3%）、吉林（25.6%）、黑龙江（25.5%）等 也跨越 20%的新能源渗透率门槛。
由于新能源发电固有的强随机性、波动性和间歇性，以及通过电力电子装置并入电网的特 征，以新能源为主体的新型电力系统将呈现“双高”的特点，即高比例新能源与高比例电 力电子装备并存的情况。从本质来看，新能源电力具有强不确定性和低保障性，超出社会 与能源系统协同发展节奏将会对能源安全带来挑战，推高能源成本。据郭剑波院士在《新 型电力系统面临的挑战以及有关机制思考》中预测，2030 年新能源出力占总负荷之比的波 动范围为 5%~61%，2060 年新能源出力占系统总负荷的比重为 11%~187%。大范围的新 能源出力贡献波动，叠加其出力“极热无风、晚峰无光”特性，将导致极端天气下新能源出 力的负相关性特征更为明显，其长时间低出力将带来保供应挑战。而在新能源高出力时段， 系统消纳、安全和
储能等技术亟待实现高速发展。
新能源高比例渗透叠加居民和三产负荷快速增长，源荷两端波动性增大，电力系统面临缺 电和弃电并存的局面，尖峰时刻电力系统供需不平衡矛盾凸显，电力系统灵活性调节资源 需求凸显。电源侧，在日电力平衡上，新能源的日波动性大，存在反调峰特性及光伏“鸭型 曲线”问题；用户侧，居民和三产用电负荷快速增长，多元、互动、灵活的用能设备大量接 入，终端无序用电增长将会增加系统净负荷峰谷差，功率波动问题更加突出。尖峰负荷增 速高于用电量增速，顶峰装机不及预期，顶峰容量裕度逐渐萎缩的情况下，电力系统缺电 问题频发。因此，构建新型电力系统的关键在于对灵活性资源的挖掘。随着新能源持续渗 透电力系统，系统对于灵活性资源的功能需求和内涵定义也在逐步外延。
新型电力系统的源荷波动仅靠传统煤电调节难以满足需求。风光出力波动性对短时电力平 衡的影响愈加显著，电力系统短时间尺度灵活性需求增强，要求系统能够更快速、频繁地 匹配供需平衡。而据《电力系统灵活性提升：技术路径、经济性与政策建议》表明，煤电 灵活性改造方式不适宜提供短时间尺度（15 分钟颗粒度）的灵活性。此外，频繁的出力调 节和启停还会导致煤电机组设备受损、寿命缩短。因此我们认为，单纯依赖煤电灵活性改 造并不合理，电力系统需要更优质的快速调节资源来满足短时灵活性需求。
抽蓄和电化学储能调节性能优越，但仍存在建设周期
长和运行成本高等问题。
抽水蓄能电 站是具备调峰填谷、调频调相、事故备用和黑启动等多种功能的灵活性资源。电化学储能 响应速度较快，充放电灵活，可响应秒级/分钟级的调度指令。但抽水蓄能限于其工期较长 （5~8 年），自然条件要求较高（要求有河流有落差），建设情况较为复杂（涉及移民拆迁 等社会问题），短期内或难以实现大幅超预期的增量发展。而目前电化学储能度电调峰成本 仍在 0.5 元/kWh 以上，相比于火电灵活性改造 0.1 元/kWh 和抽水蓄能 0.2 元/kWh 的调峰 成本仍有较大差距。长期而言，电化学储能的发展仍需要持续降本带来经济性提升，以及 相关市场化机制实现成本的疏导转移。
需求侧响应提升系统灵活性性价比较高。根据《电力系统灵活性提升：技术路径、经济性 与政策建议》研究，经过灵活性改造的煤电机组最小出力能够降至额定容量的 30%，其成 本主要包括单位调节容量改造投入成本 600-700 元/千瓦，以及低负载运行增加煤耗 14-20 克/千瓦时对应的运行成本；储能和抽水蓄能能够在 1-2 分钟内完成从零至满出力的调整， 调节范围为额定容量的-100%~100%，其建设投入成本分别为 1.5 元/瓦·时和 6300-7200 元 /千瓦，运行成本基本为常规运营维护费用和人工费用，与建设成本相比几可忽略；需求响 应规模一般可达到最大负荷的 3-5%，考虑推广费用和相关智能设备以及管理运维平台成本 后，单位投资为 200~400 元/千瓦。因此，综合考虑灵活性资源建设/改造投入成本和运行 维护成本后，需求响应提升系统灵活性的成本相较于其他资源更低，性价比更高。
首席龙炒手
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