郭剑波院士：高比例新能源电力系统面临的挑战及关键技术应对措施

11月2日，由全球能源互联网发展合作组织与联合国亚洲及太平洋经济社会委员会、联合国西亚经济社会委员会联合举办的2020全球能源互联网(亚洲)大会在京隆重召开，大会以“绿色低碳可持续发展”为主题，旨在深化全球及亚洲能源电力合作，加快能源变革转型，推动全球能源互联网中国倡议落地实施，为“一带一路”和人类命运共同体建设发挥作用。

在技术论坛上，中国工程院院士郭剑波围绕高比例新能源电力系统的挑战专题发表演讲，并提出需要重点关注的技术及应对措施。

据郭剑波院士介绍，根据2018年的预测，2050年中国的风电、太阳能发电装机容量占比将达68%，发电量占比达48%，形成高比例新能源的电力系统。从目前发展情况和预期来看，新能源发电实际发展速度可能会高于预期。

高比例新能源电量场景需要数倍于负荷的新能源装机容量，将面临多项挑战。郭剑波院士详细讲述了主要的三大挑战，高效消纳、安全运行和机制体制挑战。

其中，消纳挑战主要分为日功率波动、出力度、尖峰电量消纳、功率预测难度等几方面：

根据目前预测，随着新能源装机的增大，2050年中国新能源日内最大功率波动将超过10亿千瓦，与当年常规电源总装机容量相当，仅靠常规电源调节难以应对新能源日内功率波动。

未来高比例新能源电力系统中，新能源长时间、高出力给系统消纳、安全和储能技术带来极大挑战;在新能源低出力时段，电力系统需要常规能源等非新能源机组实现功率平衡。

新能源尖峰出力功率大、电量小，保证尖峰出力消纳需要调动巨大的灵活性资源。未来高比例新能源电力系统中，保证尖峰出力的全额消纳代价大。

中国的地形复杂，气候类型多样，随机波动性强，高精度功率预测更难。未来，随着新能源装机规模的扩大，预测绝对误差将进一步扩大，大大增加发电计划制定的难度。

在新能源供电带来的安全问题方面，郭剑波院士指出，新能源发电参与一次调频可降低稳态频率偏差和暂态最大频率偏差，但因未改善系统惯量，频率变化率未能改善，低惯量系统越限风险仍然存在。通过采用虚拟惯量控制可使新能源提供一定惯量支撑，但由于一次能源输入的可控性差，可能导致频率二次跌落等次生事故。另外，新能源大规模接入会导致频率越限风险增加、系统电压稳定问题突出、高占比地区暂态过电压严重、功角稳定特性复杂、“预案”式安控策略配置困难、宽频震荡现象相继出现、调控运行复杂等挑战。

“随着新能源发电的技术进步、成本进一步降低，可以预期新能源必将迎来持续较长时间的高速发展期。”郭剑波院士表示，“另外，新能源绿色、低边际成本、高辅助服务需求对市场机制设计带来挑战，众筹、互联网金融、实物融资租赁等开发模式推动了新能源快速发展。”

郭剑波院士指出，应加强以新能源为主力电源的电力系统的构建技术条件和市场机制的研究，并对新能源设备、运行及控制提出新技术要求。此外，要通过拓展电力利用、多能互补和能源综合利用，利用先进的气象预报、传感、通信、人工智能等技术，协调源-网-荷-储等资源，应对高占比新能源给系统带来的巨大功率波动和带来的技术挑战。

演讲PPT如下：