電力系統(tǒng)廣泛嵌入并深刻影響著經(jīng)濟社會的發(fā)展，它的任何一些運行特征的變化以及與之相應(yīng)的技術(shù)升級都會影響到國家和社會的諸多方面。當前，隨著能源供應(yīng)和節(jié)能減排的約束日漸增強，大力發(fā)展可再生能源，提高清潔能源在電源結(jié)構(gòu)中的比重將成為電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。大規(guī)模間歇性可再生能源并網(wǎng)使得供應(yīng)側(cè)的可控性逐漸降低，隨機性逐漸增大，電力系統(tǒng)的基本運行特征也由此發(fā)生變化——由需求側(cè)單側(cè)隨機系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣┬桦p側(cè)隨機系統(tǒng)。這種雙側(cè)隨機性特征對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了一系列挑戰(zhàn)，如何降低雙側(cè)隨機波動對電力系統(tǒng)運行的影響，將是電力行業(yè)未來很長一段時間面臨的重要課題。
電力系統(tǒng)的雙側(cè)隨機性特征
電力系統(tǒng)運行的關(guān)鍵在于滿足電能的實時供需平衡。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通過調(diào)整發(fā)電機組出力滿足需求側(cè)電力負荷的隨機波動，這種系統(tǒng)具有單側(cè)隨機性特征，通過負荷預(yù)測及優(yōu)化調(diào)度可以保證電能供需平衡及電網(wǎng)穩(wěn)定運行，電力系統(tǒng)的運行控制理論和實踐經(jīng)驗主要衍生于單側(cè)隨機性系統(tǒng)。未來，以風能和太陽能光伏發(fā)電為主的可再生能源在整個電源結(jié)構(gòu)中的比例將持續(xù)增長，由于風電和光伏發(fā)電具有波動性和間歇性特征，掌握這類機組出力的規(guī)律并對其有效預(yù)測將變得非常困難。這種情況下，供應(yīng)側(cè)也出現(xiàn)隨機波動的特性，隨著可再生能源在電源結(jié)構(gòu)中的比重不斷增加，供應(yīng)側(cè)隨機性將更加明顯。也就是說，作為促進大規(guī)?？稍偕茉撮_發(fā)利用的載體，電力系統(tǒng)在供需雙側(cè)都呈現(xiàn)出隨機性特征，我們將這一特征稱為雙側(cè)隨機性。 電力系統(tǒng)雙側(cè)隨機性的出現(xiàn)具有一定的必然性。當前的環(huán)境承載能力已經(jīng)不允許化石能源大量的開發(fā)利用，傳統(tǒng)化石能源難以支撐人類社會的可持續(xù)發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為全球的必然趨勢。在電源結(jié)構(gòu)中，可再生能源將逐步替代傳統(tǒng)的化石能源。然而，由于可再生能源的自然屬性以及當前電力系統(tǒng)技術(shù)的局限性，短期內(nèi)無法解決可再生能源出力的間歇性和波動性問題。因此，雙側(cè)隨機性將成為未來電力系統(tǒng)的常態(tài)化特征。
雙側(cè)隨機性對電力系統(tǒng)的影響
在雙側(cè)隨機系統(tǒng)中，間歇性、波動性較大的可再生能源發(fā)電給供應(yīng)側(cè)引入了一些自由變動的因素，使得供應(yīng)側(cè)變得不是完全可控，這樣勢必對電力系統(tǒng)的各方面產(chǎn)生巨大影響，致使電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運營面臨巨大挑戰(zhàn)。
雙側(cè)隨機性對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響
在雙側(cè)隨機系統(tǒng)中，可再生能源的隨機性、間歇性和波動性是對電網(wǎng)運行產(chǎn)生不利影響的主要原因。其對電網(wǎng)安全生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在可再生能源的隨機功率差額及其投切過程給電網(wǎng)帶來的沖擊，并且可再生能源出力受環(huán)境和氣象等因素的影響較大，其發(fā)電設(shè)備和電氣設(shè)備也容易受到波動而發(fā)生故障。因此，雙側(cè)隨機系統(tǒng)性特征下電力系統(tǒng)的繼電保護、安全穩(wěn)定等方面將面臨巨大挑戰(zhàn)。未來，隨著可再生能源比例越來越大，電力系統(tǒng)所面臨的沖擊和挑戰(zhàn)必將不斷增大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響更為顯著，嚴重情況下可能會使系統(tǒng)失去動態(tài)穩(wěn)定性，導致整個電力系統(tǒng)瓦解。
雙側(cè)隨機性對電網(wǎng)運行控制方式的影響
供應(yīng)側(cè)的發(fā)電出力和需求側(cè)的負荷特性在雙側(cè)隨機性系統(tǒng)中的變動都將具有一定的波動性和不可預(yù)測性，使得電力系統(tǒng)的實時供需平衡增大了難度。在這種新的外部環(huán)境下要保證系統(tǒng)電力供需平衡，一方面需要供應(yīng)側(cè)發(fā)電出力能夠跟蹤需求側(cè)負荷的變化，另一方面還要求需求側(cè)的電力用戶能夠響應(yīng)系統(tǒng)的運行狀況。然而，在目前的運行控制觀念中，負荷往往被認為是剛性的，系統(tǒng)必須無條件地滿足用戶的用電需求，該控制邏輯默認用戶沒有能力或者不愿意改變其用電行為，需求側(cè)資源的可控性并沒有引起足夠的重視。因此，電力系統(tǒng)原有的運行方式和控制邏輯并不適用于雙側(cè)隨機系統(tǒng)。
雙側(cè)隨機性對電網(wǎng)調(diào)度計劃的影響
電網(wǎng)公司制定的調(diào)度計劃是實現(xiàn)系統(tǒng)供需實時平衡的關(guān)鍵。傳統(tǒng)單側(cè)隨機系統(tǒng)是基于對供應(yīng)側(cè)的出力控制及需求側(cè)用戶的負荷預(yù)測來制定調(diào)度計劃，但在雙側(cè)隨機系統(tǒng)中，可再生能源出力的強隨機波動性、難以準確預(yù)測及反調(diào)峰的特性增大了系統(tǒng)調(diào)度的難度。同時，在雙側(cè)隨機系統(tǒng)中，可調(diào)度資源除了傳統(tǒng)的火電、水電、核電等電源外，還將增加儲能設(shè)備和需求側(cè)資源。也就是說，在雙側(cè)隨機系統(tǒng)的調(diào)度環(huán)節(jié)，調(diào)度對象由原有的需求側(cè)負荷不可控、供應(yīng)側(cè)出力可控的系統(tǒng)變成一個供應(yīng)側(cè)隨機性增強、各類可控資源總量增多，但可調(diào)度質(zhì)量相對較差的電力系統(tǒng)，同傳統(tǒng)單側(cè)隨機系統(tǒng)相比，其電力調(diào)度計劃的制定依據(jù)必將存在很大不同。
雙側(cè)隨機性對電源規(guī)劃的影響 對供應(yīng)側(cè)而言，規(guī)?；稍偕茉吹慕尤?，使得電網(wǎng)不得不面對強隨機波動的電源形式，從目前的實踐來看，多能源互補是平抑可再生能源電力隨機波動性的基本手段。然而，當前新能源與傳統(tǒng)能源電源建設(shè)規(guī)劃之間并不協(xié)調(diào)，隨著雙側(cè)隨機性特征的進一步加深，電源之間的相互影響將逐漸凸顯。此外，當前針對可再生能源的電源規(guī)劃明顯欠缺專業(yè)性，具體表現(xiàn)為新電源建設(shè)與電網(wǎng)規(guī)劃之間的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象明顯。例如，我國西南省份大規(guī)模水電投產(chǎn)后即面臨大量棄水，三北地區(qū)棄風、棄光問題長期難以有效解決。供應(yīng)側(cè)電源規(guī)劃的不協(xié)調(diào)問題一方面造成了資源的嚴重浪費，另一方面在很大程度上降低了供應(yīng)側(cè)出力的可控性，加重了雙側(cè)隨機波動性對系統(tǒng)運行的影響。 如何應(yīng)對電力系統(tǒng)雙側(cè)隨機性帶來的挑戰(zhàn) 在單側(cè)隨機系統(tǒng)向雙側(cè)隨機系統(tǒng)逐漸過渡的變革下，需要改變電力系統(tǒng)原有的規(guī)劃觀念和運行控制邏輯，筆者提出“區(qū)域多能源體”的理念和能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并建議從電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運行和機制三方面入手，以應(yīng)對雙側(cè)隨機性特征下電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)。
“區(qū)域多能源體”的理念
“區(qū)域多能源體”是指一定區(qū)域內(nèi)由能源供應(yīng)主體、能源傳輸主體和能源消費主體構(gòu)成的，各類能源資源多維協(xié)同、多方互動的一體化能源供用實體，是一個包含規(guī)劃、運行和體制機制三個層面的整體解決方案。在傳統(tǒng)方式無法解決問題的情況下，“區(qū)域多能源體”將成為平抑雙側(cè)隨機性、實現(xiàn)多能源利用協(xié)調(diào)配合的必然選擇。
從區(qū)域上講，“區(qū)域多能源體”是以能源資源稟賦、地理位置、國家能源發(fā)展戰(zhàn)略為主要考慮因素劃分的地域范圍，主要分為區(qū)域內(nèi)部與跨區(qū)域兩個層面。首先，在區(qū)域內(nèi)部層面上，構(gòu)建包括能源開發(fā)利用、電能生產(chǎn)、電能傳輸、需求側(cè)用電四個環(huán)節(jié)的多能源實體，實現(xiàn)以上四個環(huán)節(jié)的有效協(xié)同。其次，在跨區(qū)域?qū)用嫔?，充分考慮多個“區(qū)域多能源體”之間的資源稟賦差異，依托高效電能傳輸平臺（如特高壓電網(wǎng)），實現(xiàn)多個“區(qū)域多能源體”之間的優(yōu)勢互補與有效協(xié)同。通過區(qū)域內(nèi)、區(qū)域間的協(xié)同配合，降低整個電力系統(tǒng)的雙側(cè)隨機性。
從能源的供應(yīng)與使用上講，“區(qū)域多能源體”一方面要求在一定區(qū)域內(nèi)部實現(xiàn)能源資源的統(tǒng)籌規(guī)劃、整體開發(fā)、協(xié)同建設(shè)，形成各類能源資源的優(yōu)勢互補；另一方面要求實現(xiàn)電能生產(chǎn)與傳輸?shù)挠行浜?，同時將需求側(cè)資源納入到電力系統(tǒng)調(diào)控的范圍中來，配合儲能設(shè)施的有序充放電，實現(xiàn)需求側(cè)和供應(yīng)側(cè)雙側(cè)的有機協(xié)調(diào)。
提倡“區(qū)域多能源體”理念的必要性主要體現(xiàn)在以下三個方面：
一是“區(qū)域多能源體”能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源有效利用、促進多種能源協(xié)調(diào)配合。“區(qū)域多能源體”理念強調(diào)可再生能源與傳統(tǒng)化石能源之間的協(xié)調(diào)配合，一方面，利用傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的可調(diào)控性、靈活性彌補可再生能源的間歇性、波動性，形成不同類電源之間的有效協(xié)調(diào)配合與資源優(yōu)化配置，消除可再生能源并網(wǎng)障礙；另一方面，通過構(gòu)建高效能源傳輸平臺，實現(xiàn)各能源體之間的相互協(xié)調(diào)配合，促進可再生能源電力的高效外送和消納。因此“區(qū)域多能源體”將是實現(xiàn)可再生能源電力優(yōu)化、合理開發(fā)利用的重要手段。
二是“區(qū)域多能源體”能夠優(yōu)化雙側(cè)隨機系統(tǒng)總體能源布局、促進能源開發(fā)利用一體化?！皡^(qū)域多能源體”強調(diào)根據(jù)各區(qū)域能源資源稟賦進行區(qū)域化的能源開發(fā)利用，突破時間和空間上的限制，在一定程度上實現(xiàn)區(qū)域能源一體化，通過區(qū)域內(nèi)、區(qū)域間各類能源的合理規(guī)劃，提高能源利用效率，優(yōu)化雙側(cè)隨機系統(tǒng)總體能源布局，促進能源開發(fā)利用一體化，進而平抑供應(yīng)側(cè)的隨機性。
三是“區(qū)域多能源體”能夠保證雙側(cè)隨機系統(tǒng)能源供需平衡、實現(xiàn)能源運輸體系有機協(xié)調(diào)?！皡^(qū)域多能源體”強調(diào)區(qū)域之間的能源優(yōu)勢協(xié)調(diào)互補，要求在加快建設(shè)鐵路、公路交通運輸網(wǎng)絡(luò)的同時，運用特高壓等高效能源傳輸平臺，實現(xiàn)輸煤、輸電并舉，將西北部的優(yōu)質(zhì)可再生能源轉(zhuǎn)化為電的方式，輸送到東部加以有效利用，保證能源供需平衡的同時將顯著提高雙側(cè)隨機系統(tǒng)的綜合能源利用效率。
能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
能源互聯(lián)網(wǎng)是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等特征，其核心特征可概括為“橫向多能源互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)”。在應(yīng)對雙側(cè)隨機性變革問題時，能源互聯(lián)網(wǎng)的“縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)”可以起到關(guān)鍵作用?！霸础W(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)是指電源、電網(wǎng)、負荷與儲能四部分通過多種交互手段，更經(jīng)濟、高效、安全地提高電力系統(tǒng)的功率動態(tài)平衡能力，從而實現(xiàn)能源資源最大化利用的運行模式。通過智能電網(wǎng)技術(shù)、先進輸電技術(shù)、負荷響應(yīng)技術(shù)及先進儲能技術(shù)作為支撐，實現(xiàn)電源與電網(wǎng)、電網(wǎng)與用戶、電源與用戶之間的資源優(yōu)化配置。該模式是包含電源、電網(wǎng)、用戶的整體解決方案的關(guān)鍵技術(shù)。
該技術(shù)主要包含以下三個方面：
源源互補。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同電源之間的有效協(xié)調(diào)互補，彌補可再生能源易受地域、環(huán)境、氣象等因素影響的缺點，克服單一新能源固有的隨機性和波動性的缺點，形成多樣化、協(xié)調(diào)互動的能源供應(yīng)體系。
源網(wǎng)協(xié)調(diào)。該技術(shù)將實現(xiàn)新能源電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)配合，可通過微網(wǎng)、智能配電網(wǎng)等技術(shù)將數(shù)量龐大、形式多樣的電源進行靈活、高效的組合應(yīng)用，同時提高電網(wǎng)運行的自主調(diào)節(jié)能力，降低供應(yīng)側(cè)隨機性給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來的影響。
網(wǎng)荷儲互動。該技術(shù)將需求側(cè)資源視為與儲能、供應(yīng)側(cè)資源相同的、可調(diào)控的資源，實現(xiàn)儲能、需求側(cè)資源與電網(wǎng)之間的能量雙向交互，從而使儲能、需求側(cè)資源能夠參與電網(wǎng)調(diào)控，引導需求側(cè)主動追尋可再生能源出力波動，配合儲能資源的有序充放電，增強電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性。
與適用于傳統(tǒng)單側(cè)隨機系統(tǒng)的技術(shù)相比，能源互聯(lián)網(wǎng)下“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)具有明顯的先進性。它能夠充分發(fā)揮需求側(cè)資源在電網(wǎng)運行中的調(diào)控作用，使電網(wǎng)、需求側(cè)資源形成真正的協(xié)調(diào)互動，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)電源與新能源電源的協(xié)調(diào)配合，使可再生能源與具有良好調(diào)節(jié)和控制性能的可控電源的協(xié)調(diào)配合，讓可再生能源出力向可預(yù)測、可調(diào)控的方向發(fā)展；還能夠?qū)崿F(xiàn)負荷、儲能與電源的協(xié)調(diào)互動與動態(tài)平衡，通過完善的信息交互，使電源、負荷不僅能感知自身狀態(tài)的變化，同時還能獲知其他模塊的全面信息，從而使電源、負荷、儲能相互之間的全面互動成為可能。
應(yīng)對建議
一是規(guī)劃方面。當前的規(guī)劃模式不足以應(yīng)對雙側(cè)隨機系統(tǒng)帶來的變革。當前的電力系統(tǒng)規(guī)劃僅注重供應(yīng)側(cè)資源的規(guī)劃，對需求側(cè)資源重視不足。雙側(cè)隨機性系統(tǒng)中，供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的統(tǒng)一規(guī)劃或高度協(xié)調(diào)規(guī)劃變得十分重要，而割裂這種整體性追求局部利益最大化無法應(yīng)對雙側(cè)隨機性系統(tǒng)變革。也就是說，雙側(cè)隨機性系統(tǒng)要求雙側(cè)資源規(guī)劃，這種規(guī)劃可以理解為綜合資源規(guī)劃。在未來我國“十三五”能源規(guī)劃中應(yīng)進一步重視需求響應(yīng)資源，只有在規(guī)劃層面重視這種資源才有可能形成需求響應(yīng)資源，并參與到實際的系統(tǒng)運行，從而更好地應(yīng)對雙側(cè)隨機波動。
二是運行方面。當前的電力系統(tǒng)控制邏輯不適應(yīng)雙側(cè)隨機性系統(tǒng)，電力系統(tǒng)需要改變其運行控制邏輯以應(yīng)對雙側(cè)隨機性變革。未來的系統(tǒng)運行需要電源、電網(wǎng)、用戶之間協(xié)調(diào)互動，將需求響應(yīng)資源等同于供應(yīng)側(cè)資源參與到電力系統(tǒng)的運行控制和調(diào)度中來，通過雙向響應(yīng)來應(yīng)對系統(tǒng)的雙側(cè)隨機波動，即在考慮電源結(jié)構(gòu)、負荷特性、時間尺度等因素的情況下，供應(yīng)側(cè)資源不僅要響應(yīng)需求側(cè)負荷變化，同時需求側(cè)資源也要有能力響應(yīng)供應(yīng)側(cè)的出力波動?，F(xiàn)階段，電力系統(tǒng)運行控制技術(shù)還難以實現(xiàn)上述的控制邏輯，未來電力系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)當依托能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等先進技術(shù)，實現(xiàn)電源與電網(wǎng)、電網(wǎng)與用戶、電源與用戶之間的資源優(yōu)化配置，更好地保障雙側(cè)隨機性系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
三是機制方面。應(yīng)對雙側(cè)隨機性變革需要需求側(cè)資源參與電力系統(tǒng)運行。實現(xiàn)這一目標不僅需要技術(shù)上的突破，還需要體制機制的合理安排。目前，現(xiàn)有的電力管理體制在激勵需求側(cè)資源參與系統(tǒng)運行方面還有待完善。而作為連接供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的樞紐，電網(wǎng)企業(yè)在整個電力系統(tǒng)的資源優(yōu)化配置方面起著關(guān)鍵作用，電網(wǎng)企業(yè)的真正優(yōu)勢是基于綜合資源規(guī)劃的理念將供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)資源進行最優(yōu)組合，開展“大節(jié)能”的工作，即站在整個系統(tǒng)的角度，在需要供應(yīng)側(cè)時投資供應(yīng)側(cè)資源，在需要需求側(cè)響應(yīng)時，投資需求側(cè)資源。做到這一點的前提是電網(wǎng)企業(yè)回歸公用事業(yè)，只有作為公用事業(yè)，電網(wǎng)企業(yè)才有動力開展“大節(jié)能”的工作。然而，現(xiàn)有機制對電網(wǎng)企業(yè)的考核過度重視經(jīng)濟性指標，而且相應(yīng)的節(jié)能減排等公用任務(wù)指標與經(jīng)濟性指標本質(zhì)上是存在一定矛盾的，導致了電網(wǎng)企業(yè)需要像營利性商業(yè)企業(yè)一樣追求售電量和利潤，在節(jié)能減排工作上缺乏積極性。因此，應(yīng)對雙側(cè)隨機性系統(tǒng)變革需要在體制層面上對電網(wǎng)企業(yè)重新定位，使其回歸公用事業(yè)，基于綜合資源規(guī)劃的理念開展系統(tǒng)性“大節(jié)能”的工作。（本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（綜合）2016年5期，作者系華北電力大學教授、博士生導師，華北電力大學能源與電力經(jīng)濟咨詢研究中心主任。華北電力大學新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室歐陽邵杰對本文亦有貢獻）
