魯宗相，李昊，喬穎

（清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京市 海淀區(qū) 100084）

0 引言

大力發(fā)展可再生能源是當(dāng)前全球推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵途徑。截至2019年底，全球非水可再生能源總裝機(jī)容量1437 GW，年增長(zhǎng)率14.7%，其中2019年當(dāng)年新增光伏115 GW，風(fēng)電60 GW，是可再生能源電源發(fā)展的主力軍[1]。從國(guó)家和地區(qū)來(lái)看，丹麥實(shí)現(xiàn)了60%的發(fā)電量來(lái)自風(fēng)電和光伏，烏拉圭、愛(ài)爾蘭、德國(guó)、波蘭、西班牙、希臘都實(shí)現(xiàn)了新能源發(fā)電量超過(guò)20%，這些實(shí)績(jī)證明了高比例可再生能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是一條可行的路徑。

根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)[2]，中國(guó)2005年風(fēng)電裝機(jī)容量首次超100萬(wàn)kW（125萬(wàn)kW），2009年首次超1000萬(wàn)kW（1760萬(wàn)kW），2015年首次超1億kW（12 830萬(wàn)kW），實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。光伏裝機(jī)容量的發(fā)展更加迅速，2010年80萬(wàn)kW，2011年350萬(wàn)kW，2013年1745萬(wàn)kW，2017年1.3億kW。然而，從發(fā)電量來(lái)看，中國(guó)2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電量占總發(fā)電量比率分別為5.5%和3.1%，還處于中低比例可再生能源發(fā)展情景。

對(duì)于高比例可再生能源的發(fā)展目標(biāo)，歐盟、美國(guó)、中國(guó)分別提出在2050年實(shí)現(xiàn)100%、80%和60%的可再生能源發(fā)電量占比的目標(biāo)[3-5]。在2020年國(guó)際能源署（IEA）的能源展望報(bào)告中，歐盟、英國(guó)、新西蘭等提出了2050年凈零排放的目標(biāo)[6]；2020年9月，中國(guó)提出2060年前實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放的承諾。碳中和目標(biāo)對(duì)可再生能源發(fā)展提出了更高的要求，歐洲加速了實(shí)現(xiàn)100%可再生能源電力系統(tǒng)目標(biāo)的進(jìn)程。對(duì)中國(guó)而言，如何根據(jù)碳中和的新目標(biāo)相應(yīng)調(diào)整可再生能源發(fā)展目標(biāo)，探究深度不確定性（deep uncertainty）條件下中國(guó)未來(lái)電網(wǎng)的愿景及其發(fā)展演化情景，是一個(gè)值得長(zhǎng)期研究的問(wèn)題。

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)是指電力系統(tǒng)的組成設(shè)備及其參與者的連接組織形式及交互作用方式。電力系統(tǒng)作為全社會(huì)最大的人造系統(tǒng)，其中長(zhǎng)期發(fā)展情景，受到政治政策、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、技術(shù)發(fā)展、資源環(huán)境等諸多因素的影響，其動(dòng)態(tài)演化特征，例如電力系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)形態(tài)變化、政策取向等，無(wú)法采用概率模型描述。因此，基于海量場(chǎng)景，采用情景發(fā)現(xiàn)技術(shù)挖掘有效信息，即全局靈敏度分析（global sensitivity analysis）成為一個(gè)值得探索的方法[7]。高比例可再生能源電力系統(tǒng)的演化分析，一方面要關(guān)注可再生能源電源自身的發(fā)展路徑及其與全社會(huì)、經(jīng)濟(jì)總目標(biāo)的匹配程度；另一方面也要解析新能源與傳統(tǒng)能源、電網(wǎng)、負(fù)荷之間的耦合關(guān)系，在諸多可能情景中發(fā)掘主導(dǎo)因素和加速/減緩某個(gè)因素作用力的方法。

1 未來(lái)電網(wǎng)演化的特征和驅(qū)動(dòng)力研判

近年來(lái)，全球關(guān)于電力系統(tǒng)藍(lán)圖的研究焦點(diǎn)逐步由智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)向能源互聯(lián)網(wǎng)，而其核心在于高比例可再生能源電力系統(tǒng)的發(fā)展愿景。

傳統(tǒng)輸變電技術(shù)的發(fā)展側(cè)重在各個(gè)裝備及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的提升，向大機(jī)組、大電廠、大系統(tǒng)、高電壓、資金密集、技術(shù)密集、高度信息化的現(xiàn)代化方向發(fā)展；而智能電網(wǎng)的提出，其焦點(diǎn)在于“智能化”，例如智能控制、智能管理、智能分析等，使得電網(wǎng)具有堅(jiān)強(qiáng)、兼容、優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、集成和自愈等關(guān)鍵特征[8]；而在當(dāng)前電力能源轉(zhuǎn)型的再電氣化、數(shù)字化、分散化關(guān)鍵趨勢(shì)導(dǎo)向下[9]，以開(kāi)放、互動(dòng)、共建、共享為突出特征的能源互聯(lián)網(wǎng)成為下一階段的愿景[10]，而其關(guān)鍵的發(fā)展特征就是能源低碳化轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)的可再生能源電源的快速發(fā)展。

1.1 主要國(guó)家和地區(qū)的電網(wǎng)藍(lán)圖研究動(dòng)態(tài)

1.1.1 美國(guó)

為了解決電力設(shè)施老化和高可靠性供電需求的矛盾，美國(guó)電力科學(xué)研究院2001年開(kāi)始“Intelligrid”（智能電網(wǎng)）研究，2003年布什總統(tǒng)要求美國(guó)能源部（Department of Energy,DOE）致力于電網(wǎng)現(xiàn)代化（grid modernization），DOE發(fā)布“Grid 2030”報(bào)告，至2009年，奧巴馬總統(tǒng)將智能電網(wǎng)提升為美國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略。

2012年美國(guó)DOE發(fā)布太陽(yáng)能發(fā)展藍(lán)圖研究報(bào)告（Sunshot Vision Study），預(yù)測(cè)2030、2050年美國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電量可達(dá)總發(fā)電量的14%、27%。緊接著，美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（NREL）發(fā)布“未來(lái)可再生能源電力系統(tǒng)”系列研究報(bào)告[4]，提出2050年美國(guó)實(shí)現(xiàn)80%電力供給來(lái)自可再生能源。至此，美國(guó)關(guān)于電網(wǎng)智能化的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了高比例可再生能源電力系統(tǒng)。各個(gè)州紛紛開(kāi)展各自的新能源資源和未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展預(yù)測(cè)，尤其是加州電力調(diào)度中心（CAISO）提出光伏為主導(dǎo)的未來(lái)低碳電網(wǎng)藍(lán)圖，大力鼓勵(lì)民眾應(yīng)用太陽(yáng)能。2015年美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)（AWEA）發(fā)布美國(guó)風(fēng)電發(fā)展藍(lán)圖研究報(bào)告，預(yù)測(cè)2030、2050年美國(guó)風(fēng)能供電量可達(dá)20%、35%。隨著風(fēng)光電源的比例攀升，儲(chǔ)能的發(fā)展得到了關(guān)注。2020年美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)（ESA）發(fā)布“100×30：推動(dòng)清潔電力轉(zhuǎn)型”報(bào)告，預(yù)測(cè)為了適應(yīng)波動(dòng)電源的快速發(fā)展，2030年美國(guó)儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)模將達(dá)100 GW。麥肯錫咨詢(xún)公司發(fā)布“美國(guó)2040年電力工業(yè)藍(lán)圖”研究報(bào)告，提出電力與天然氣系統(tǒng)的融合推動(dòng)美國(guó)2040—2045年實(shí)現(xiàn)構(gòu)建100%脫碳的電力系統(tǒng)。

1.1.2 歐盟

2005年歐盟成立“智能電網(wǎng)（smart grids）歐洲技術(shù)論壇”，并在2006年發(fā)布了3份智能電網(wǎng)發(fā)展的綱領(lǐng)性文件：①“歐洲未來(lái)電網(wǎng)的遠(yuǎn)景和策略（European Smart Grids Technology Platform:Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future）”；②“戰(zhàn)略性研究議程（Strategic Research Agenda for Europe’s Electricity Network of the Future）”；③“戰(zhàn)略部署文件（The SDD Strategic Deployment Document）”，完整勾勒了歐洲智能電網(wǎng)愿景。隨后，各國(guó)開(kāi)展自己的智能電網(wǎng)建設(shè)探索，應(yīng)對(duì)21世紀(jì)的各種挑戰(zhàn)和機(jī)遇。和美國(guó)不同，歐洲智能電網(wǎng)的興起主要是大力開(kāi)發(fā)可再生能源、清潔能源，以及電力需求趨于飽和后提高供電可靠性和電能質(zhì)量等需求所決定的。

12家歐洲企業(yè)2010年1月13日宣布，將集資4000億歐元，在北非和中東地區(qū)打造超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電廠，供應(yīng)歐洲零二氧化碳排放的清潔電力，到2050年之前，實(shí)現(xiàn)供給歐洲15%的電力，此即“沙漠科技太陽(yáng)能計(jì)劃”。同時(shí)也提出了“超級(jí)智能電網(wǎng)（Super Smart Grid）”愿景，在歐洲和北非建設(shè)100%可再生能源（北非太陽(yáng)能+北海海上風(fēng)電）供給、HVDC輸送的全新電網(wǎng)。在保障能源安全、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，可再生能源發(fā)展愿景很快被推高到100%目標(biāo)，將其作為歐洲低碳經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)路徑的關(guān)鍵基礎(chǔ)，在2012年歐盟“能源2050路線(xiàn)圖”做了詳細(xì)闡述。

歐洲輸電運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟（ENTSO-E）從2010年開(kāi)始，每2年滾動(dòng)更新未來(lái)10年電網(wǎng)規(guī)劃（TYNDP）。2018年的TYNDP報(bào)告指出[11]，到2040年歐洲電網(wǎng)可再生能源裝機(jī)將達(dá)到極高占比，滿(mǎn)足75%的負(fù)荷需求；需要建立泛歐洲電力系統(tǒng)及電力市場(chǎng)交易體系；加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，包括各國(guó)內(nèi)部網(wǎng)架及跨國(guó)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路，從而降低電價(jià)，提升電網(wǎng)安全性并實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源消納。2019年10月啟動(dòng)的TYNDP2020工作，目前已經(jīng)完成了規(guī)劃需求分析[12]，其認(rèn)為歐洲電網(wǎng)規(guī)劃面臨3方面的新需求：①在凈零（net-zero）排放要求下，全歐洲需要統(tǒng)籌提出一個(gè)全新的電網(wǎng)方案，在“電+氣”的更大范圍實(shí)現(xiàn)平衡；②歐洲電網(wǎng)需要適應(yīng)未來(lái)低慣量特性的全新電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、全新穩(wěn)定機(jī)理以及新的靈活性供需平衡原理；③進(jìn)一步提升海上風(fēng)電的發(fā)展規(guī)模需要一個(gè)智能優(yōu)化的規(guī)劃方案。

1.2 未來(lái)電網(wǎng)演化的特征和驅(qū)動(dòng)力總結(jié)

總結(jié)關(guān)于高比例可再生能源電力系統(tǒng)藍(lán)圖的研究，在未來(lái)電網(wǎng)演化的驅(qū)動(dòng)力和關(guān)鍵特征方面有了全新的觀點(diǎn)。

首先是未來(lái)電力系統(tǒng)演化的主要驅(qū)動(dòng)由內(nèi)部技術(shù)驅(qū)動(dòng)主導(dǎo)變?yōu)橥獠繅毫ν苿?dòng)為主。從傳統(tǒng)電力系統(tǒng)到智能電網(wǎng)的發(fā)展，技術(shù)是其發(fā)展的第一驅(qū)動(dòng)力，聚焦在電力系統(tǒng)及其裝備的技術(shù)升級(jí)方面。在化石能源枯竭的預(yù)期判斷和氣候變化的現(xiàn)實(shí)威脅下，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的低碳化轉(zhuǎn)型成為能源發(fā)展的核心動(dòng)力，在可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的導(dǎo)向下，大力開(kāi)發(fā)可再生能源成為近乎唯一的選擇。對(duì)中國(guó)而言，綜合考慮發(fā)電能源資源稟賦、水資源條件、生態(tài)環(huán)境承載力以及能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度“雙控”等因素，尤其在經(jīng)濟(jì)增速換擋、資源環(huán)境約束趨緊的新常態(tài)下，非化石能源將逐步成為能源需求增量的供應(yīng)主體。未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期，中國(guó)能源基本格局將從“以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展”，逐漸過(guò)渡到以非化石能源為主體。

其次是風(fēng)電、光伏等波動(dòng)電源主導(dǎo)的未來(lái)電力系統(tǒng)的供需平衡，需要源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)多向互動(dòng)、額外的靈活資源支撐乃至多類(lèi)型能源系統(tǒng)耦合等綜合技術(shù)方案方可實(shí)現(xiàn)。NREL對(duì)未來(lái)高比例可再生能源電力系統(tǒng)的基本運(yùn)行特性進(jìn)行了分析。圖1（a）和圖1（b）是報(bào)告中給出的高峰負(fù)荷日和低谷負(fù)荷日的源荷平衡曲線(xiàn)[4]。

圖1 典型負(fù)荷日的逐小時(shí)供需平衡仿真曲線(xiàn)Fig.1 Hourly dispatch stacks for the typical days

事實(shí)上，國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）和其他機(jī)構(gòu)的研究得到類(lèi)似的結(jié)果曲線(xiàn)。在風(fēng)電、光伏等波動(dòng)電源主導(dǎo)的場(chǎng)景下，其自身平衡能力嚴(yán)重不足帶來(lái)了巨大的儲(chǔ)能需求，甚至無(wú)法在電力系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)平衡而需要擴(kuò)展到多能源系統(tǒng)的綜合平衡。事實(shí)上，歐洲輸電運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟的TYNDP2020規(guī)劃工作首次嘗試將電力和天然氣系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃，就是這一觀點(diǎn)的實(shí)踐。

2 高比例可再生能源場(chǎng)景下的靈活性平衡

2.1 高比例可再生能源電力系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)

安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)是電力系統(tǒng)關(guān)注的4個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)（key performance index，KPI）。在現(xiàn)有研究體系中，安全、可靠和經(jīng)濟(jì)3項(xiàng)指標(biāo)都很好地構(gòu)建了量化指標(biāo)體系，但靈活性長(zhǎng)期停留在定性描述的層面。

在高比例可再生能源接入的未來(lái)電力系統(tǒng)愿景中，風(fēng)電和光伏發(fā)電將成為電力供應(yīng)的重要支柱，其出力的隨機(jī)性和波動(dòng)性，導(dǎo)致電力系統(tǒng)本征特性改變，“基荷”發(fā)電廠基本消失，常規(guī)火電機(jī)組在日內(nèi)快速啟停，并通過(guò)水電廠、燃?xì)怆姀S、儲(chǔ)能等靈活資源調(diào)節(jié)彌補(bǔ)可再生能源隨機(jī)波動(dòng)性。

未來(lái)高比例可再生能源電力系統(tǒng)的特性變化使得KPI的關(guān)注點(diǎn)發(fā)生變化，靈活平衡能力成為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心，而電網(wǎng)、電源、負(fù)荷的多向交互影響使得電力系統(tǒng)運(yùn)行特性呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)。因此，基于概率方法的靈活性評(píng)價(jià)技術(shù)體系、定性和定量因素的耦合評(píng)價(jià)、負(fù)荷需求響應(yīng)能力評(píng)價(jià)都成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。目前關(guān)于靈活性定量定義[13]、評(píng)估方法[14]、靈活性專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃[15-17]和基于靈活性的優(yōu)化運(yùn)行[18-20]等方面的研究都有了很大的進(jìn)展。

2.2 基于靈活性平衡的電網(wǎng)演化方法

電力系統(tǒng)的發(fā)展演化受到技術(shù)成熟度、能源資源價(jià)格、技術(shù)發(fā)展?jié)摿?、社?huì)發(fā)展速度等諸多不確定性因素的影響，演化路徑的發(fā)展具有很強(qiáng)的不確定性。傳統(tǒng)基于人為設(shè)定多場(chǎng)景的方法難以保證所設(shè)場(chǎng)景的典型性，故本文采用可以考慮路徑發(fā)展深度不確定性的全局靈敏度方法對(duì)電力系統(tǒng)演化路徑進(jìn)行研究。

全局靈敏度方法的基本思想是考慮影響演化路徑的多重不確定性因素，采用一定的抽樣方法從多種不確定性因素的分布范圍中抽出海量樣本，并且將每組樣本作為一組路徑演化的邊界條件輸入到電力系統(tǒng)演化模型中。之后，電力系統(tǒng)演化模型生成海量的演化路徑，這些演化路徑將被進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)和分析。而本文對(duì)傳統(tǒng)全局靈敏度方法進(jìn)行拓展，將靈活性因素嵌入傳統(tǒng)方法中，包括在多重不確定性因素中考慮靈活性相關(guān)因素以及在電力系統(tǒng)演化模型中考慮靈活性資源及靈活性平衡，以便在結(jié)果中分析靈活性資源在系統(tǒng)演化中的作用。

所考慮的靈活性因素包括技術(shù)成熟度、能源資源價(jià)格、技術(shù)發(fā)展?jié)摿?、社?huì)發(fā)展速度等，共計(jì)20項(xiàng)，如表1所示（表中最后一列標(biāo)記該因素是否為靈活性相關(guān)因素），各種因素隨時(shí)間發(fā)展而變化的取值范圍參考文獻(xiàn)[21-25]。

本文采用考慮靈活性平衡的電力系統(tǒng)源、荷、儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃模型進(jìn)行電力系統(tǒng)演化分析，除了常規(guī)的電源可以投資外，所考慮的待投資靈活性資源包括火電機(jī)組的靈活性改造（降低最小技術(shù)出力）、多類(lèi)型儲(chǔ)能（鋰電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能）、兩種需求側(cè)響應(yīng)（負(fù)荷轉(zhuǎn)移型和負(fù)荷削減型）?；痣姺矫?，在規(guī)劃中考慮了火電的爬坡、啟停等靈活性能力，水電以最大、最小、預(yù)期出力的“三段式”出力進(jìn)行考慮，在出力區(qū)間內(nèi)認(rèn)為其具有充足的爬坡能力，儲(chǔ)能和需求側(cè)響應(yīng)的建模考慮了功率調(diào)節(jié)和能量搬運(yùn)的能力。規(guī)劃框架為基于典型日的雙層優(yōu)化，上層為投資決策，下層為典型日的小時(shí)級(jí)運(yùn)行模擬，以運(yùn)行成本與投資成本最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。此建?？蚣芸紤]了各環(huán)節(jié)的靈活性能力，可以反映系統(tǒng)在小時(shí)級(jí)尺度及日尺度的靈活性平衡，且系統(tǒng)整體建模為多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，可以考慮系統(tǒng)在空間上的靈活性平衡。具體的規(guī)劃模型參考文獻(xiàn)[25]。

表1 電力系統(tǒng)演化發(fā)展的不確定性因素Table1 Uncertain factors in the power system transition

3 算例分析

本章以中國(guó)西北電網(wǎng)為例，展示高比例可再生能源發(fā)展的演化路徑。

西北地區(qū)電力系統(tǒng)是中國(guó)典型的可再生能源源端系統(tǒng)。截至2020年6月，西北地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)5347萬(wàn)kW，光伏裝機(jī)達(dá)4680萬(wàn)kW，新能源裝機(jī)占總裝機(jī)的35.9%，且未來(lái)仍將持續(xù)增長(zhǎng)。

根據(jù)文獻(xiàn)[5]，設(shè)定西北地區(qū)2050年新能源裝機(jī)占比達(dá)到80%。設(shè)定負(fù)荷的年均增速在3%～5%。風(fēng)、光資源潛力參考文獻(xiàn)[21]。采用2.2節(jié)的方法進(jìn)行海量演化路徑生成與分析。其中，假設(shè)不確定性的參數(shù)在對(duì)應(yīng)區(qū)間內(nèi)呈均勻分布，采用蒙特卡洛法進(jìn)行隨機(jī)抽樣。共進(jìn)行抽樣500次，對(duì)應(yīng)生成了500條演化路徑。

圖2和圖3給出了系統(tǒng)源荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)配置容量的演化路徑，其中實(shí)線(xiàn)表示海量規(guī)劃結(jié)果的中位數(shù)，陰影部分表示規(guī)劃結(jié)果的分布范圍?？梢钥闯觯L(fēng)電和光伏是系統(tǒng)裝機(jī)容量的主要增長(zhǎng)點(diǎn)，且在發(fā)展后期光伏容量將逐步超過(guò)風(fēng)電；火電的比重逐步下降，水電容量基本穩(wěn)定。靈活性資源配置方面，隨著時(shí)間推移，電池儲(chǔ)能將成為最主要的靈活性資源。

圖2 電源結(jié)構(gòu)演化路徑Fig.2 Transition path of generation mix

圖3 靈活性資源演化路徑Fig.3 Transition path of flexibility mix

圖4展示了基于規(guī)劃結(jié)果計(jì)算的碳排放演化路徑，實(shí)線(xiàn)和陰影部分分別表示中位數(shù)和分布范圍?？梢钥闯?，碳排放在2030—2035年左右達(dá)峰，與中國(guó)中長(zhǎng)期戰(zhàn)略相符。

圖5展示了系統(tǒng)新能源電量滲透率的演化路徑，其中淺藍(lán)色的線(xiàn)表示每一個(gè)規(guī)劃結(jié)果對(duì)應(yīng)的新能源滲透率變化路徑，深藍(lán)色的線(xiàn)表示所有路徑的中位數(shù)?？梢钥闯觯到y(tǒng)的新能源滲透率呈上升趨勢(shì)，但在驅(qū)動(dòng)因素的不同取值下，滲透率演化路徑具有明顯差異。

同時(shí)，本文統(tǒng)計(jì)了在不同路徑下系統(tǒng)靈活性資源的發(fā)展趨勢(shì)，這里以關(guān)注度較高的儲(chǔ)能為對(duì)象進(jìn)行分析，探究其在系統(tǒng)演化中的出現(xiàn)以及成為主導(dǎo)靈活性資源的2個(gè)“里程碑”情況，其中“主導(dǎo)”是指電池儲(chǔ)能容量在所有靈活性資源中占比超過(guò)50%。具體地，本文統(tǒng)計(jì)了在生成的海量規(guī)劃結(jié)果中，2個(gè)里程碑出現(xiàn)時(shí)的滲透率情況，即計(jì)算了不同滲透率時(shí)里程碑出現(xiàn)頻次的占比。從圖6可以看出，出現(xiàn)最多的情景是，儲(chǔ)能將在新能源容量滲透率為45%左右時(shí)介入系統(tǒng)，并在容量滲透率為65%左右時(shí)成為主導(dǎo)的靈活性資源。

圖4 碳排放演化路徑Fig.4 Transition path of carbon emission

圖5 新能源滲透率演化路徑Fig.5 Transition path of renewableenergy penetration

圖6 電池儲(chǔ)能在系統(tǒng)演化中的里程碑Fig.6 Milestones of battery storage in the transition

4 結(jié)論

中長(zhǎng)期電力系統(tǒng)愿景及其演化規(guī)律的分析是指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展的重要前導(dǎo)性研究，本文通過(guò)廣泛的國(guó)內(nèi)外調(diào)研和海量場(chǎng)景仿真，對(duì)中國(guó)高比例可再生能源電力系統(tǒng)的形態(tài)演化進(jìn)行了分析，主要分析結(jié)論如下。

在國(guó)際能源清潔化轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)下，電力系統(tǒng)不斷推高可再生能源電源比例成為一個(gè)主流的發(fā)展趨勢(shì)，而風(fēng)電、光伏為主的波動(dòng)電源的快速發(fā)展，使得系統(tǒng)靈活性成為規(guī)劃和運(yùn)行的核心問(wèn)題，靈活性資源的協(xié)調(diào)發(fā)展是未來(lái)情景演化的關(guān)鍵因素。

本文采用全局靈敏度方法，考慮影響演化路徑的多重不確定性因素，抽樣形成海量樣本進(jìn)行電力系統(tǒng)演化仿真，可以有效模擬系統(tǒng)中長(zhǎng)期發(fā)展情景。

西北電網(wǎng)的案例分析表明，風(fēng)電、光伏為主的可再生能源發(fā)展路徑，可以實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的綜合目標(biāo)。電池儲(chǔ)能將成為中高比例可再生能源情景下的主要靈活性資源，在最多數(shù)的情境中，儲(chǔ)能將在新能源容量滲透率為45%左右時(shí)介入系統(tǒng)，并在容量滲透率為65%左右時(shí)成為主導(dǎo)的靈活性資源。