核心观点与关键数据
电力系统在能源转型中处于核心地位，可靠性和成本效益的重要性日益凸显。电网基础设施和灵活性对于可靠、经济的电力供应至关重要，必须与可再生能源发展同步扩展。
电力系统需要跨不同时间尺度的灵活性，以经济高效的方式平衡供需，这是可靠供电的前提。过去二十年，电力系统在释放其固有灵活性方面取得了显著进展，市场和运营程序的发展使现有灵活性资源得到更有效的利用，同时监管框架的演变确保了灵活性资源在需要时可用。
尽管取得了进展，但随着能源转型的推进，为了充分捕捉可再生能源的效益，灵活性需求仍在持续增长。与容量扩张相比，灵活性更具复杂性，往往难以量化。本简报提供了对全球范围内灵活性需求演变的初步、简单的量级估计，基于国际可再生能源署（IRENA）的脱碳和规划能源情景。
根据估计，在 IRENA 的 1.5°C 情景下，到 2030 年，电力部门所需的灵活性将是 2019 年的三倍，到 2050 年将是 2019 年的十倍。在规划能源情景下，尽管可再生能源份额较低，但灵活性需求也显著增加。到 2030 年，全球范围内每日、每周和每月的灵活性需求分别比十年前高 1.5 倍、四倍和三倍。到 2050 年，这些需求分别比 2019 年高四倍、三倍和 2.5 倍。
灵活性需求的时间尺度分析
- 秒级到分钟级：需要灵活性来恢复频率和平衡跨境电力流动，适用于快速响应同步发电机和逆变器型资源（IBR）。
- 分钟级到小时级：需要灵活性来应对需求和可再生能源发电的持续变化，适用于灵活的热力和水力发电、电池和需求响应。
- 小时级到日内级：需要灵活性来应对太阳能光伏的日间循环和风能的日变化，适用于灵活的热力和水力发电、电池、抽水蓄能水电站和需求响应。
- 多日级到周级：需要灵活性来应对可再生能源发电的长期天气模式，适用于抽水蓄能水电站和其他长时储能技术、热力发电（包括使用可持续燃料的电厂）和具有大型水库的水力发电。
- 季节级到年际级：需要灵活性来管理需求和可再生能源发电的季节性模式以及气候驱动事件，适用于长时储能（LDES）技术、热力发电（包括使用可持续燃料）或具有长期调节水库的水力发电。
影响灵活性需求的因素
- 可再生能源份额及其变异性：太阳能和风能在不同时间尺度上对灵活性需求的影响不同。太阳能份额越高，每日灵活性需求越大；风能份额越高，每周和季节性灵活性需求越大。
- 负荷特性：需求变异性与灵活性需求密切相关。负荷变异性越高，所需的灵活性越大。
- 电网现代化程度：电网现代化程度越高，灵活性资源越丰富，灵活性需求越低。
- 灵活性解决方案的潜力和需求量：不同解决方案对不同时间尺度的灵活性需求的影响不同。
灵活性解决方案的潜力
- 电池储能：在应对每日灵活性需求方面更有效，对周级和季节性灵活性需求的影响较小。
- 电网互联：在应对周级灵活性需求方面更有效，对每日和季节性灵活性需求的影响也较大。
- 需求侧管理（DSM）：在应对每日灵活性需求方面有效，对周级和季节性灵活性需求的影响较小。
- 长时储能（LDES）：在应对周级和季节性灵活性需求方面更有效，对每日灵活性需求的影响也较大。
研究结论
- 电力系统需要更多样化的灵活性解决方案，以应对能源转型带来的挑战。
- 灵活性解决方案的选择应根据系统特性和需求进行定制。
- 政策和监管框架的建立对于促进灵活性服务的提供至关重要。
- 电网基础设施和灵活性需要协同发展，以确保可靠、经济和脱碳的电力供应。
