2023ODCC05004 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书

新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 1 [编号ODCC-2023-05004] 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书 开放数据中心委员会2023-09发布 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 版权声明 ODCC（开放数据中心委员会）发布的各项成果，受《著作权法》保护，编制单位共同享有著作权。 转载、摘编或利用其它方式使用ODCC成果中的文字或者观点的，应注明来源：“开放数据中心委员会ODCC”。 对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为，ODCC及有关单位将追究其法律责任，感谢各单位的配合与支持。 I 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 编写组 项目经理： 吴美希中国信息通信研究院工作组长： 郭亮中国信息通信研究院 贡献专家： 温小振中国信息通信研究院 郭俊峰南方电网大数据服务有限公司 刘运南方电网大数据服务有限公司 宋文南方电网大数据服务有限公司张炳华北京秦淮数据有限公司 陈骁北京秦淮数据有限公司李宝宇华为技术有限公司 郜登科上海科梁信息科技股份有限公司蒋钢中兴通讯股份有限公司 付真海上海良信电器股份有限公司 赵晓明上海良信电器股份有限公司 韦豪施耐德电气（中国）有限公司 黄弘扬施耐德电气（中国）有限公司 徐龙云北京中科合盈数据科技有限公司 苗兵杰北京中科合盈数据科技有限公司林峰宁夏通信学会 黄迪宁夏通信学会 黄正平宁夏通信学会 II 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 前言 在碳达峰、碳中和“双碳”背景下，能源生产、消费和利用呈现新的发展趋势，电力行业迎来新一轮的重大变革。随着新能源的快速发展，具有绿色低碳、灵活柔性、数字智能等特征的新型电力系统是实现可再生能源充分利用、低碳能源发展目标的主要内容和重要支撑。 2022年1月，国家发展改革委、国家能源局《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》，提出加强新型电力系统顶层设计，鼓励各类企业等主体积极参与新型电力系统建设，开展相关技术试点和区域示范。2022年3月，国家能源局等部委联合发布《“十四五”现代能源体系规划》，指出要全力推动电力系统向适应大规模高比例新能源方向演进，统筹高比例新能源发展和电网安全稳定运行。2022年5月，《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》，提出全面提升新型电力系统调节能力和灵活性，支持和指导电网企业积极接入和消纳新能源。 新型电力系统构建源网荷储新生态，加快建设适应新能源快速发展的新型电力系统市场机制和政策体系。通过先进的信息和控制技术，进一步加强电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧的多向互动，有效解决清洁能源消纳问题，提高电力系统综合效率。 III 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 目录 版权声明I 编写组II 前言III 一、电力系统发展现状1 （一）新能源发电量占比持续提升1 （二）资源优化配置能力稳步提升3 （三）新兴技术创新水平不断突破3 （四）二氧化碳排放规模有效降低3 二、新型电力系统内涵4 （一）新型电力系统提出背景4 （二）新型电力系统意义深远5 （三）新型电力系统特征显著6 （四）新型电力系统面临的挑战7 1.电力电量平衡挑战7 2.系统安全稳定挑战7 3.电力成本挑战8 4.低碳用能挑战8 5.调度控制挑战8 三、新型电力系统构建源网荷储新生态8 （一）发电侧：以新能源为主、煤电为辅8 （二）电网侧：分布式微网和大电网互补9 （三）负荷侧：由“源随荷动”转向“源网荷互动”10 IV 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 1.需求侧响应11 2.电力现货交易11 3.离网预备机制互动，加强电力系统应急管理12 （四）储能侧：增强电网柔性13 四、源网荷储一体化发展关键举措15 （一）电源侧：提高绿色能源接纳16 （二）电网侧：优化电网发展方式17 （三）负荷侧：提升电力负荷弹性18 1.微网规划设计与评估18 2.微网的控制、保护与通信19 （四）储能侧：深化储能技术应用21 （五）源网荷储一体化发展模式与实施效果24 1.发展模式24 2.实施效果25 五、应用场景分析28 （一）数据中心应用场景28 1.电源侧：多能互补，多方式并存29 2.电网侧：主动配电网络，安全稳定供应30 3.负荷侧：优化数据中心配电系统的架构31 4.储能测：源荷多元储能，最大程度消纳绿电31 （二）“零碳”物流园应用场景32 1.电源侧：多源供给“绿能降碳”33 2.电网侧：“网能交互”稳定电力、辅助电力服务33 3.负荷侧：负荷多样聚合、柔性可控33 V 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 4.储能侧：“荷储一体”能源多元有效消纳利用34 VI 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书 一、电力系统发展现状 （一）新能源发电量占比持续提升 从电力生产结构来看，我国2022年的发电量达到了88487.1亿千瓦时，同比增长3.7%。其中，以煤炭作为主燃料的火力发电量依然占据首位——发电量为58887.9亿千瓦时，同比增长1.4%，约为我国全社会发电量的66.5%；水力发电量排第二，产生的电力为13522亿千瓦时，同比增长1%，约为我国全社会发电量的15.3%；风力发电量为7626.7亿千瓦时，同比增长16.2%，约为我国全社会发电量的8.6%；太阳能发电量为4272.7亿千瓦时，同比增长31.2%，约为我国全社会发电量的4.8%；核能发电量为4177.8亿千瓦时，同比增长2.5%，约为我国全社会发电量的4.7%； 图1：2022年我国电力生产结构占比 数据来源：国家发改委 1 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 从发电装机容量结构来看，我国2022年全国发电装机容量约 25.64亿千瓦，同比增长7.8%。其中，火电累计发电装机容量13.32亿千瓦，占比51.96%，仍然是最主要发电形式，但是占比在逐渐下降；水电累计发电装机容量4.14亿千瓦，占比16.15%；风电累计发电装机容量3.65亿千瓦，占比14.24%；太阳能累计发电装机容量 3.93亿千瓦，占比15.33%；核电累计发电装机容量0.55亿千瓦，占比2.17%。 图2：2022年我国累计发电装机容量 数据来源：国家能源局 2 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 （二）资源优化配置能力稳步提升 截至2022年底，发电企业积极推进煤电机组灵活性改造制造工作，新投产煤电机组调节能力进一步提高，煤电灵活性改造规模累计约2.57亿千瓦；我国已建和在建装机规模均居世界首位，抽水蓄 能装机规模达到0.46亿千瓦；以电化学储能为代表的储能技术持续 快速发展，度电成本稳步下降，新型储能累计装机规模超过0.09亿千瓦。新能源得到高效利用，弃电率控制在合理水平。 （三）新兴技术创新水平不断突破 随着我国科技水平不断的提高，不同类型的新能源技术在电力行业得到应用，相比于传统发电技术，新能源技术有着更高的发电效率，现阶段，电力行业的主导发电模式正逐渐过渡为新能源发电模式。 目前，我国建立了完备的清洁能源装备制造产业链，成功研发制造全球最大单机容量100万千瓦水电机组，具备最大单机容量达 16兆瓦的全系列风电机组制造能力，光伏电池转换效率多次刷新世界纪录，光伏电池转换效率持续提升。柔性直流、“互联网+”智慧能源、大规模新型储能、综合能源等一大批新技术、新模式、新业态蓬勃兴起。 （四）二氧化碳排放规模有效降低 根据《中国电力行业年度发展报告2023》显示，2022年，全国单位火电发电量二氧化碳排放约为824克/千瓦时，比2005年降低 21.4%；全国单位发电量二氧化碳排放约为541克/千瓦时，比2005 3 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 降低36.9%。以2005年为基准年，从2006-2022年，电力行业累计 减少二氧化碳排放量约为247.3亿吨，通过加大新能源高比例消纳，有效地降低了二氧化碳排放规模，加快了我国“双碳”目标的实现。 二、新型电力系统内涵 （一）新型电力系统提出背景 2020年9月，我国在第75届联合国大会一般性辩论中宣布中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的措施，二氧化碳排放力争在2030年前达峰，努力争取2060年实现“碳中和”。随后我国又在气候雄心峰会以及中央经济工作会议中继续强调“双碳”的重要性。2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议中指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统，会议首次提出“新型电力系统”的概念。 习近平总书记指出，实现碳达峰碳中和，是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求，是党中央统筹国际国内两个大局作出的重大战略决策。在我国的二氧化碳排放总量中，能源生产和消费相关活动碳排放占比较高，推进能源绿色低碳转型是实现碳达峰碳中和目标的关键。 以新能源为主体的新型电力系统是以承载实现碳达峰碳中和要求为前提，确保能源电力安全为基础、满足经济社会发展电力需求为首要目标、以最大化消纳新能源为主要任务，以源网荷储互动与 4 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 多能互补为支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。 （二）新型电力系统意义深远 传统电力行业主要是以火电为主，电力行业CO2的排放量在我国CO2总排放量的占比最高，为实现“双碳”目标，电力行业要加快新型电力系统建设，大幅提升光伏、风电等新能源发电的比例，进而提升终端电气化率，更好支持温室气体减排，实现“双碳”目标。 促进“产业结构”优化升级，实现双碳既定目标。以新能源为 主体的新型电力系统能够推动产业结构优化升级，促进能源清洁低碳转型，减少化石能源开发和使用，大力发展风能、太阳能等新能源，提供更加绿色低碳的能源供给，提升终端能源绿色消费比重，加快碳达峰、碳中和目标的实现。 推动“源网荷储”互动融合，深化关键技术应用。传统电力系 统是以火电为主，是由“源随荷动”的实时平衡模式，大电网一体化控制模式。在“双碳”目标背景下，新型电力系统主要以太阳能、风电等新能源为主，向“源网荷储”协同互动的非完全实时平衡模式，大电网与微电网协同控制模式转变，深化数字技术与储能技术在新型电力系统中的广泛应用，加快低碳能源技术、先进输电技术和网络技术、控制技术的深度融合，构建电力行业新发展格局，推动电力行业高质量发展。 5 新型电力系统背景下源网荷储一体化发展白皮书ODCC-2023-05004 推进“能源革命”加快发展，保障能源供应安全。新型电力系统建设深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，统筹“源网荷储”各环节，助力“风光水火储”一体化协同发展，助推煤电灵活性改造，加快抽水蓄能开发建设，支持各类储能健康有序发展，不断扩展新能源应用场景，全面提升电力系统调节能力，加快规划建设新型能源体系，统筹水电开发和生态保护，积极安全有序发展核电，加强能源产供储销体系建设，确保能源安全。 （三）新型电力系统特征显著 高比例新能源广泛接入。新型电力系统核心特征在于新能源占据主导地位，成为主要能源形式。随着我国碳达峰与碳中和目标的提出，电力系统将逐渐由煤电装机占主导转向新能源发电装机为主导，最终实现以风电、光伏等新能源发电为主，新能源在一次能源消费中的比重不断增加，加速替代化石能源。未来我国电源装机规模将保持平稳较快增长，呈现出“风光领跑、多源协调”态势。在电源总装机