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乐鱼体育官方网站-美国火电加速退役,如何在规划中考虑可靠性?

近两年,北美电力靠得住性委员会(NERC)和美国电网运营商们屡次正告,称可调剂机组(煤电、气机电组)的延续退役将致使电力欠缺,特殊是极端气候下缺电风险将年夜年夜增添。

美国能源信息署(EIA)的数据显示,2011年以来美国有约130吉瓦的燃煤机组退役,按照电网运营商的打算,到2030年还将退役近81吉瓦的燃煤机组。

2023年5月,美国环保署(EPA)发布针对化石燃料电厂的碳排放限制要求。EPA估计,拟议的减排新规将使别的13吉瓦燃煤机组在2030年退役,届时美国燃煤机组装机容量将减至72吉瓦,此中9吉瓦的燃煤机组将配套利用碳捕获和封存手艺(CCS)。(注:2023年美国燃煤机组装机容量约为188吉瓦。)

在化石燃料机组延续退役时,EPA的减排提案再度激发靠得住性争议。美国电力行业的代表们求全谴责提案过在激进,高估了氢能等减排手艺的成长,同时提示EPA,假如化石燃料机组退役太快,加上CCS手艺和氢能手艺没法跟进,电网靠得住性将遭到要挟。

EPA的拟议提案是不是斟酌了电网靠得住性?拟议提案欠缺了甚么?在中持久计划中纳入系统靠得住性尺度有哪些难点?

资本足够未必系统靠得住

EPA在拟议提案叙言中称,提案斟酌了资本足够性和电网靠得住性,并称减排提案能让电力公司和电网运营商连结电力系统靠得住性。

EPA认为,资本足够性是指系统能供给足够的发电资本,以知足每一个电力区域的预估负荷和备用要求;运行靠得住性则是指向负荷供给电力的能力,以使全部电网连结不变。

这类说法与北美电力靠得住性委员会(乐鱼体育app下载官网NERC)对靠得住性的界说一致,都意味着靠得住性包括的内容比资本足够性更广。

那末,拟议提案斟酌了哪些影响靠得住性的身分?据一名从事电力系统计划研究的专家介绍,EPA采取综合计划模子(Integrated Planning Model, IPM)作为阐发东西,来阐发情况政策对电力行业的潜伏影响。

他暗示,在靠得住性上IPM模子年夜致斟酌了三方面,起首是发电容量丰裕性(Resource Adequacy),从持久计划的角度包管各区域的功率均衡;其次是辅助办事中的运行备用(Operating Reserve);别的就是采取N-1原则保障输电容量的足够。

具体来看,容量丰裕性着眼在发电资本的中持久计划。《南边能源不雅察》(Energy Observer,以下简称“eo”)此前曾报导过,NERC会按期给功率均衡责任主体(Balancing Authorities,BA)下发打算备用指标(Planning Reserve),系统运营商会进行负荷猜测,演算出将来1—3年的“备用裕度”(Reserve Margin)和“容量裕度”(Capacity Margin)。PJM如许的系统运营商会把演算指标设计为容量市场标的(演算成果凡是与NERC的打算指标有少量收支),以此为根据代表用户采办发电容量,包管将来负荷岑岭时段有足够的发电容量知足系统需求。

IPM模子斟酌的另外一个指标是运行备用。与我国此刻的辅助办事市场近似,在美国,辅助办事产物年夜致分为调频和运行备用。调频用在应对瞬时故障等异常环境;运行备用凡是是指变乱备用,分为扭转备用(Spinning Reserve)和非扭转备用(Non-Spinning Reserve),是为了应对系统呈现一些预期以外的转变(如某些机组忽然呈现故障没法出力)而预留的发电空间。

扭转备用和非扭转备用响应系统需求的速度有所分歧。此中,扭转备用凡是是由已与系统同步可以敏捷做出反映的机组供给。非扭转备用是由固然不与系统同步但可以很快启动然后做出反映的机组供给。这些靠得住性办事可在辅助办事市场采购。

对输电靠得住性的保障,IPM采取N-1情形,即任何一条首要输电断面的首要输电线路中止,系统依然可以保持对终端用户的正常供电。

按照模子,IPM猜测了将来可能要新建的发机电组和输电线路的选址和容量,确保每一个电力区域有足够的发电和输电容量。其阐发成果显示,EPA提出的法则对电力行业的影响“适度且可控”。

不外,该专家告知eo,IPM模子现实上仅阐发了发电和输电的容量足够性,对其他撑持电力系统靠得住性的办事未充实斟酌。按照NERC对电力系统靠得住性的要求,发机电组要可以或许供给电压节制、频率撑持和爬坡能力作为根基靠得住性办事,以保障电网平安不变运行。假如贫乏这些办事作为支持,电网就没法靠得住运行。

除上述根基的靠得住性办事,其他办事如燃油、燃气的供给包管、最短停机时候、是不是四时皆可用、机组运行时候限制、黑启动、矫捷性等对电网的靠得住运行也起到主要感化。但EPA的模子中未包括对这些办事的阐发。

IPM模子为什么“掉真”?

据前述专家介绍,美国的法令划定,EPA制订电力相干的年夜气污染防治律例时,必需配套一组经济阐发模子,证实该律例酿成的经济影响可承受。本次配套利用的IPM计划模子,是由ICF国际咨询公司设计开辟,曾利用在美国多项排放法案(如2014年的洁净能源打算草案的经济建模),至今已迭代至第六版。按照经济学理论,计划模子在完全市场竞争等前提劣等价在平衡模子,可以用来摹拟市场行动。因为年夜气污染防治政策可以便利地插手电力计划模子中进行仿真,是以后者多被用在阐发政策对电力系统或市场的影响。

“新能源年夜范围并网后,不但是IPM模子,其他良多模子对靠得住性问题的摹拟都存在掉真,给计划模子提出了挑战。”他指出。

在美国,跟着新能源渗入率的不竭提高,电力系统惯量支持力度弱、出力不肯定性强、频率调理能力差、爬坡不肯定性增年夜,多个区域电网的系统靠得住性风险日趋增年夜。

据介绍,频率不变性经由过程系统惯性(Inertia)和调频辅助办事容量保持。惯性凡是由同步发机电供给,会对系统转变发生阻力,下降频率转变速度,不变电网。频率偏离50/60赫兹,主动发电节制(AGC)将挪用调频辅助办事预留的备用容量,将频率调回正常值。分歧在传统发电同步机,风电光伏等新能源机组经由过程电力电子装备接入电网,现有的手艺还没有法供给电网运行所需的惯性,加上新能源会挤压传统发机电组保存空间,致使系统惯性愈来愈少,调频需求进一步增添。

前述专家指出,今朝学界对中持久计划中的系统惯量研究和仿真正在进行,新能源年夜范围并网后需要几多惯量才能知足系统需求等一些要害问题还没有明白的谜底。

从更高维度来讲,电力系统的暂态不变性较难在计划中斟酌。暂态不变性是电力系统在运行中承受故障扰动的能力,即各同步发机电连结同步运行并过渡到新的不变运行状况或恢复到本来运行状况的能力。“保持系统暂态的不变有其本身的评价系统,但计划模子凡是斟酌的是系统中持久的安稳状况。”他暗示。

今朝,业界已在测验考试将暂态不变性纳入电力靠得住性的中持久计划,对现有模子进行进级迭代,但整体上很是难以摹拟,这也是IPM模子最缺少的靠得住性指标。

另外,相干从业人员暗示,IPM模子并未斟酌爬坡矫捷性(Ramping Flexibility)。爬坡矫捷性是权衡系统是不是具有快速响应有功转变能力的主要指标,矫捷性强的机组能对供需转变或不测事务做出快速响应。今朝,业内对爬坡矫捷性已有相对成熟的摹拟方式。而IPM模子仅斟酌了发机电组的启停,拔取的典型小时数的时序其实不持续,缺少对爬坡矫捷性的阐发摹拟。

在高比例新能源电力系统中,备用容量、惯性、电压支持和快速爬坡等靠得住性办事对可再生能源并网仍然相当主要。上述靠得住性办事常常由煤电、气电等年夜容量机组供给,而假如这些化石燃料机组退役过快,加上低乐鱼体育app碳、矫捷、靠得住的手艺没法跟进,将对电力系统不变性发生晦气影响。

截至今朝,针对EPA的拟议提案,美国电力行业已向EPA建议点窜模子,将系统不变性、靠得住性纳入计划中考量,并保存必然数目的化石燃料机组作为保底机组,避免因减排手艺不到位或机组退役过快,影响电力系统靠得住性。

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