未来就绪网格建模的四个基本假设

未来就绪网格建模的四个基本假设 作者和致谢 Authors Aaron Schwartz Lauren Shwisberg Gabriella Tosado 作者按字母顺序列出。除非另有说明 ， 否则所有来自 RMI 的作者。 联系人 亚伦 · 施瓦茨,aschwartz @ rmi. orgLauren Shwisberg,lshwisberg @ rmi.org 版权和引文 亚伦 · 施瓦茨 ， 加布里埃拉 · 托萨多和劳伦 · 施威斯伯格 ，未来就绪网格建模的四个基本假设,RMI, 2024,https: / / rmi. org / insight / four - essential - assumptions - for - future - ready - grid -modeling. RMI重视合作，并通过分享知识和见解来加速能源转型。因此，我们允许有兴趣的相关方通过Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0国际许可协议引用、分享和引用我们的工作。https: / / creativecommons. org / licenses / by - sa / 4.0 /. 除非另有说明 ， 否则所有使用的图像均来自 iStock. com 。 Acknowledgements作者感谢以下人士慷慨提供他们的见解以支持本研究。列入此列表并不表示对报告研究成果的endo rsement。 斯科特 · 伯格 ， 瑞秋 · 威尔逊， 形成能量詹姆斯 · 希梅尔语， 第一原则咨询Priya Sreedharan 的 Taylor McNair, GridLab尼克 · 帕帕斯， NP 能源Silas Swanson, EPRI 关于 RMI RMI 是一家独立的非营利组织，于1982年以Rocky Mountain Institute的名称成立，通过市场驱动的解决方案推动全球能源系统的转型，以符合1.5°C的未来目标，并确保所有人都能拥有清洁、繁荣且零碳的未来。我们在世界最重要的地理区域开展工作，并与企业、政策制定者、社区和非政府组织合作，识别并扩大能源系统干预措施的规模，以至少在2030年前减少50%的气候污染。RMI 在科罗拉多州的巴斯特尔和博尔德设有办事处，纽约市，加利福尼亚州奥克兰，华盛顿特区，尼日利亚阿布贾以及北京。 目录 执行摘要 4 不断发展的网格和规划优先级需要不断发展的建模方法7 电网正变得更加分散 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … …8由于储能和需求管理 ， 电网更加灵活 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … …8电网越来越依赖于天气 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 规划者依靠一套工具来模拟网格 9… … …8 CEMs：应构建哪些新的资源？现有资源中又有哪些应该被淘汰？............................................ 10 PCMs：运营一个资源组合将花费多少？...................................................................................10 款 RA 模型： 一个资源组合能保持亮灯吗 ？ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …10 未来就绪网格建模的四个基本假设 12 不要依赖时间片 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … …12不要将建模限制在平均或单个天气年份。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。18不要在不同的地区使用单一的风能或太阳能剖面。20 结论 ： 超越最低成本 ， 将健康、负担能力和分配公平纳入规划22 尾注 24 执行摘要 电力网络因可再生能源集成增加、化石燃料发电厂的退役、客户侧和分布式能源资源的增长以及气候变化的影响而迅速演变。综合资源规划（IRP）由于这些趋势变得更加复杂，因此，电网建模——IRP 的基础部分——必须跟上这一变化。传统的电网建模假设，曾经适用于支持集中式化石燃料发电厂的电网建模，现在变得过时，这可能导致低估可再生能源、储能和需求灵活性在电网规划中的作用。这对执行IRP中电网建模的公用事业公司以及负责评估公用事业公司建模假设、方法论和输出结果的监管机构构成了挑战和机遇。 这份报告强调了在容量扩张、生产成本和资源充足性模型中重新评估四个关键假设的必要性，以更好地反映一个日益分散化、灵活化和多变的电网的需求，并且还需纳入人类影响因素，如健康、可负担性和分配公平性等方面（见附图ES1）。 •不要依赖时间片。时间分辨率假设，例如使用时间切片，可以更新以反映可再生能源发电和需求的波动性，并且特别考虑到时间顺序的重要性，以支持储能和需求灵活性技术的准确建模。 •不要将建模限制为平均或单个天气年。使用于模型中的气象数据可跨越多年，以更好地捕捉极端天气事件频率增加及其对变量资源的影响。 •不要把你的系统建模为孤岛。电网模型可以考虑区域资源和互联性，而不是单独表示电力系统，从而能够利用共享资源来防止过度建设的组合方案，同时支持可靠性。 •不要在不同的地区使用单一的风能或太阳能剖面。地理空间分辨率有助于捕捉可变可再生能源资源的地理多样性和潜力，并支持最优资源部署。 更新这些模型假设有助于电力公司和监管机构更准确地评估可再生能源、储能和需求侧管理在确保可靠且成本最低的电网运营中所发挥的作用。 Exhibit ES1 RMI 图形 Introduction 电力部门正在迅速转型，这主要是由于负荷增长的预测、现有化石燃料资产的广泛退役以及可再生能源资源部署的不断增加。综合资源规划（IRP）—— utilities 通过该过程制定一项计划，在预见电力需求变化的情况下进行新的投资和现有资产的退役——随着规划者努力跟上这些趋势，其复杂性也在增加。1 电网建模支持资源规划，通过为规划者提供工具来导航技术、政策和经济因素之间的关系，从而突出驱动规划决策的机会、风险和权衡。电网模型并不是预知公用事业公司将采取何种行动的水晶球；相反，它们为公用事业规划者提供了一种探索不同路径之间权衡的方式，并最终做出关于投资、退役和运营的决策。它们通过提供结构化的环境，使建模人员能够进行受控实验，以告知我们从不同的规划路径中可以预期的成本、排放、环境影响、可靠性等方面的结果。 所有模型，包括网格模型，在一定程度上都受限于对所代表现实所做出的选择性假设。在网格建模中，这些假设通常包括经济假设，如预期的燃料成本；运行假设，如发电厂的热效率；以及政策假设，如可再生能源组合标准。此外，为了确保模型能够在合理的时间内运行，网格模型往往会简化时间分辨率（即时间的表示方式）和地理空间分辨率（即地理空间的表示方式）。这些假设对结果可能产生重大影响。 是时候重新审视电网建模中常用的关键假设了，因为昨天适用的假设可能不再适用于明天的电网。本报告概述了推动重新评估关键建模方法的 evolving 电网特征和规划优先事项；介绍了规划者常用的几种电网模型及其优缺点；并论证了有必要重新审视四个历史上的关键建模假设，以便更好地使规划与不断变化的电网需求保持一致。 不断发展的网格和规划优先级需要不断发展的建模方法 随着电网转向更加依赖于天气依赖性和能源有限性的资源（见图表1），之前围绕以大型可调度热电厂支持的集中式电网进行建模的假设正在变得过时。风能和太阳能等可变可再生能源本质上是间歇性的，依赖于天气模式，这要求进行复杂的建模以准确评估其对电网的贡献。这些资源的贡献还高度依赖于地理位置，并且可能分布在广阔的区域，因此需要模型来考虑地理空间上的差异。 储能资源，如锂离子电池，可以存储多余的能源并在需要时释放。这些资源能够增强电网的灵活性和可靠性，并推动更高效和成本效益更高的电网运营，但要有效地建模它们需要对充电和放电动态以及运行特性有深入的理解。分布式能源资源（DERs）、能源效率（EE）措施和需求灵活性可以削减或转移峰值负荷，但由于它们是分散的，因此也需要定制化的建模方法以全面捕捉其在集成资源计划（IRP）中的潜力。 它至关重要的是，both utilities and regulators 需要理解最有可能影响模型如何考虑这些技术的假设，并审查它们在IRP（集成资源计划）中的应用方式。如果没有这种理解，他们可能会错失确保提出最具成本效益和可靠性的资源组合以满足不断演变的电网需求的机会。 附件 1和变量 网格正在演变为越来越分散、灵活、 可调度 RMI 图形 网格变得更加分散 historically，电力网络 historically 旨在通过传输和分配基础设施，将来自大型集中位置的化石燃料和水力发电厂的一向能源输送给客户。2未来的电网很可能变得更加分散和去中心化，随着如电网规模风电、太阳能和储能、客户拥有的分布式能源资源（DERs）、需求灵活性策略以及智能电网技术等技术的上线，电力流动将更加双向和地域化。3 由于储能和需求管理 ， 电网更加灵活 历史上，电网资源产生的能源必须被相对僵硬的需求即时消耗，而只有水电资源能够以经济有效的方式储存能量。然而，随着新技术和新资源的应用，供需双方变得更加灵活。需求响应技术与能效措施可以转移能源以帮助管理或减少峰值需求。大规模和分布式电池储能技术可以在能源便宜且充足时储存能量，在最需要时释放。虚拟电厂通过聚合需求侧资源，使得需求可以像大型公用事业资源一样被控制。4网格的所有这些新方面意味着在规划中必须考虑灵活性。 电网变得越来越依赖于天气 历史上，电网运营商预计化石燃料电厂会根据需求运行，并且这些资源主要不受天气影响。然而，来自太阳能和风能等可变可再生能源的电力输出受天气驱动，因此要求电网规划者更好地将天气因素纳入模型中。此外，随着气候变化的影响变得日益严重和广泛，由于冬季风暴、野火、极端高温或极端风暴等原因导致的与天气相关的电力中断事件有所增加，这表明存在新的和不断演变的风险，必须加以考虑。5 规划者依靠一套工具来建模网格 电网规划人员依赖一系列专门定制的模型工具，以回答规划过程中固有的具体问题。这些模型提供了关于组合经济性、电网运营、可靠性和安全性的见解，并帮助规划人员评估资源组合之间的潜在权衡。IRP（整合资源计划）过程通常使用三种类型的模型：容量扩展模型（CEM）、生产成本模型（PCM）和资源充足性（RA）模型（参见图表2和图表3）。i这些模型在内部结构上看起来相似——它们被设计为优化问题，其中模型根据目标做出决策。通常情况下，对于资产管理系统（CEM）和生产控制系统（PCM），模型的目标是尽量减少运营和/or 投资成本；而对于可靠性评估（RA）模型，其目标是尽量减少停运事件。尽管某些电网建模软件将这些模型整合到一个包中，但每个模型都是