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[导读]电网调峰是电力系统维持供需动态平衡的核心技术手段,本质是通过灵活调节发电侧出力与用电侧负荷,平抑不同时段的电力供需差。

一、电网调峰的核心定位与现实紧迫性

电网调峰是电力系统维持供需动态平衡的核心技术手段,本质是通过灵活调节发电侧出力与用电侧负荷,平抑不同时段的电力供需差,保障电网安全稳定运行。电力系统的天然特性决定了电能无法大规模即时存储,发电与用电必须时刻保持实时平衡,而全社会的用电需求并非恒定不变,早晚高峰的用电负荷可能是深夜低谷的2倍以上,如果没有足够的调峰能力匹配这种波动,就会出现高峰时段电力供应不足、低谷时段电力过剩的矛盾,轻则导致局部限电,重则引发大面积电网事故。

随着我国新能源发电的高速普及,电网调峰的现实紧迫性正在快速提升。风电、光伏这类新能源发电具有极强的波动性和随机性,出力完全依赖自然天气,白天光照充足时光伏大发,傍晚用电高峰来临时光伏又快速降为零,这种“靠天吃饭”的发电特性,进一步放大了电网的峰谷差,让传统的调峰手段面临前所未有的挑战。过去电力系统的调峰需求仅需要匹配用户侧的用电波动,现在还要同时平抑新能源发电的剧烈波动,调峰已经成为支撑新型电力系统稳定运行的核心基础能力,直接决定了新能源的消纳水平和全社会的电力供应安全。

当前我国电网调峰的核心目标,是构建覆盖“源网荷储”全环节的灵活调节体系,支撑全国新能源发电量占比稳步提升到20%以上,同时保障新能源利用率维持在95%以上的合理水平,在实现双碳目标的同时,绝对不出现大规模的电力供应缺口。

二、当前主流的电网调峰技术体系

经过多年的技术发展,我国已经形成了多类型、多层次的电网调峰技术体系,不同的调峰手段优势互补,共同构成了电网的灵活调节能力底座。火电灵活性改造是当前存量调峰能力的核心支柱,通过对现有燃煤机组的锅炉、汽轮机控制系统进行技术升级,打破传统煤电机组最低出力不能低于额定负荷50%的限制,让机组的最低发电出力可以下探到额定负荷的20%~30%,深度调峰能力大幅提升。目前国内多个试点机组已经完成30%额定负荷以下的深度调峰试验,按照规划到2027年,全国所有存量煤电机组将实现灵活性改造“应改尽改”,彻底释放存量火电的调峰潜力。

抽水蓄能电站是当前技术最成熟、应用规模最大的储能调峰方式,利用用电低谷时的富余电力把下水库的水抽到上水库,将电能转化为水的势能存储起来,等到用电高峰时再放水发电,实现电网的削峰填谷。抽水蓄能电站除了核心的调峰填谷功能之外,还同时承担调频、调相、紧急事故备用等多重任务,是电网最可靠的稳定器,按照规划到2027年,全国抽水蓄能电站的投运规模将达到8000万千瓦以上,为电网提供海量的长时调峰容量。

新型储能电站是近年增长最快的调峰新生力量,涵盖电化学储能、压缩空气储能等多条技术路线,建设周期短、选址灵活,可以直接部署在负荷中心附近。当前国内已经落地多个大型独立储能项目,采用“磷酸铁锂+全钒液流”混合技术路线,单站规模达到400MW/1.2GWh,可以连续数小时满功率放电,为电网提供峰值支撑。除此之外,燃气调峰机组凭借快速启停的独特优势,可以在几分钟内从冷态启动到满功率输出,专门承担短时尖峰负荷的供电任务,联合循环效率超过60%,是电网应对突发高峰缺口的重要补充。

虚拟电厂和需求侧响应是调峰体系中最具潜力的柔性调节资源,通过聚合海量的分布式电源、工业可中断负荷、用户侧储能,形成规模化的可调能力,不需要新建任何发电设施,就可以实现对用电负荷的灵活调节。以上海为例,当地虚拟电厂已经接入71家运营商,可调能力达到281.6万千瓦,相当于新建了一座大型调峰电站,按照规划到2027年,全国需求侧响应能力将达到最大负荷的5%以上,成为电网调峰体系中不可忽视的重要组成部分。

三、电网调峰的市场化收益机制

完善的市场化交易机制,是保障各类调峰资源可持续发展的核心支撑,当前我国已经形成了多层次的调峰市场体系,为不同类型的调峰资源提供合理的经济回报。调峰辅助服务市场是最基础的交易平台,发电企业通过提供深度调峰、启停调峰等服务,获得电网发放的经济补偿,国内多个省份的实践数据显示,火电机组参与深度调峰,单台机组每年可以获得数千万元的服务收益,湖南地区2021年以来,火电机组累计获得的深度调峰、启停调峰服务费用已经达到28亿元,新型储能累计提供调峰辅助服务电量18.5亿千瓦时,获取服务费3.45亿元,充分调动了各类市场主体参与调峰的积极性。

调峰容量市场是近年推出的创新机制,在华北、西北等地率先试点,市场不再单纯为调峰的实际发电量付费,而是直接为调峰的能力本身付费,通过经济激励引导市场主体提前建设足够的调峰资源,从根源上避免高峰时段出现调峰能力缺口。峰谷电价机制是面向用户侧的核心激励手段,通过拉大高峰和低谷的电价差,部分地区峰谷电价比值达到2~3倍,引导电力用户、负荷聚合商主动在用电低谷时段用电,高峰时段错峰用电,自发实现削峰填谷,大幅降低电网的调峰压力。

四、电网调峰的未来发展方向

未来随着新型电力系统建设的持续推进,电网调峰将向更加智能化、多元化的方向演进,适应新能源占比持续提升的电网运行特性,最终建成源网荷储深度协同的全域调峰体系,为我国的能源转型提供坚实的保障。

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