在過(guò)去十年中，風(fēng)能和太陽(yáng)能等間歇性可再生能源（VRE）的技術(shù)成本大幅度下降，為滿足發(fā)展中國(guó)家和中等收入國(guó)家的電力需求提供了一種具有成本效益的可持續(xù)手段。充分利用間歇性能源需要電網(wǎng)的大規(guī)模擴(kuò)建和現(xiàn)代化，并實(shí)施針對(duì)間歇性可再生能源的技術(shù)、流程和要求，以逐步將電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椋?duì)間歇性可再生能源友好＂的電網(wǎng)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看這將顯著降低集成的成本。在應(yīng)對(duì)技術(shù)和監(jiān)管挑戰(zhàn)能力有限的國(guó)家，對(duì)VRE消納提供技術(shù)支持的需求最大。為了滿足這一日益增長(zhǎng)的需求，世界銀行能源部門管理援助項(xiàng)目（ESMAP）編制了一套技術(shù)指南，可以幫助世界銀行成員和客戶了解一些基本要求和現(xiàn)有的技術(shù)、監(jiān)管措施，在不損害電力平衡、可靠性或經(jīng)濟(jì)性的情況下，將大量VRE接入電網(wǎng)。技術(shù)指南由ESMAP間歇性可再生能源（VRE）融入電網(wǎng)支持計(jì)劃和全球可持續(xù)電力伙伴關(guān)系（GSEP）的聯(lián)合發(fā)布。全球可持續(xù)電力伙伴關(guān)系是一個(gè)非營(yíng)利性國(guó)際組織，由全球電力行業(yè)的領(lǐng)先公司組成，這些公司通過(guò)在全世界發(fā)展中國(guó)家開(kāi)展電力項(xiàng)目和人類建設(shè)活動(dòng)推動(dòng)能源事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

光伏系統(tǒng)主要構(gòu)成

歐洲不同輸電運(yùn)營(yíng)商的P－Q樣本曲線

預(yù)計(jì)未來(lái)五年，全球每年太陽(yáng)能和風(fēng)能裝機(jī)增速將繼續(xù)加快，并有可能比目前在電力系統(tǒng)中所占份額至少增加一倍。目前可再生能源發(fā)電技術(shù)為可再生能源資源豐富的地區(qū)實(shí)現(xiàn)能源網(wǎng)絡(luò)電氣化提供了強(qiáng)有力的可選方案，而且由于初始投資成本的迅速降低，可再生能源發(fā)電在許多國(guó)家已經(jīng)成為最便宜的發(fā)電方式。為此，許多新興經(jīng)濟(jì)體已開(kāi)始采取政策鼓勵(lì)該行業(yè)的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電對(duì)其能源供應(yīng)和當(dāng)?shù)丨h(huán)境可能帶來(lái)的好處。太陽(yáng)能和風(fēng)能裝置的建造速度相對(duì)較快，這為快速增長(zhǎng)的新興市場(chǎng)提供了主要?jiǎng)恿?，新興市場(chǎng)迫切需要電力，同時(shí)也有助于實(shí)現(xiàn)氣候變化承諾。

風(fēng)機(jī)主體結(jié)構(gòu)

陸上、海上風(fēng)機(jī)接入示意圖

3型風(fēng)機(jī)示意圖

然而，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)問(wèn)題是太陽(yáng)能和風(fēng)能固有的間歇性，這增加了整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商必須協(xié)調(diào)能源資源的間歇性、電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性以及成本最低的最佳性能之間的關(guān)系。可再生能源的快速滲透，特別是高比例滲透，導(dǎo)致需要調(diào)整電力系統(tǒng)規(guī)劃方案，需要更好的預(yù)測(cè)方法，同時(shí)在電網(wǎng)管理中帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，對(duì)VRE融入到電網(wǎng)中需要標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)化流程來(lái)進(jìn)行研究，以確保符合電網(wǎng)接入要求?；倦娋W(wǎng)接入服務(wù)現(xiàn)在變得與所有類型的發(fā)電機(jī)組相關(guān)，包括連接到中低電壓等級(jí)的間歇性可再生能源。現(xiàn)代電力行業(yè)正在發(fā)生重構(gòu)，有兩大趨勢(shì)：一是大幅增加的可再生能源；二是隨著管制放松，可供消費(fèi)者選擇的高度可靠的能源供應(yīng)商越來(lái)越多。然而，放松管制、開(kāi)放能源供應(yīng)側(cè)和多種能源供應(yīng)等正在造成傳輸阻塞和強(qiáng)制停機(jī)的情況。電力行業(yè)的重構(gòu)升級(jí)認(rèn)為，無(wú)論能源供應(yīng)商和消費(fèi)者扮演什么角色，傳輸電網(wǎng)都是靈活、可靠的，并且對(duì)所有交易方開(kāi)放。電網(wǎng)的現(xiàn)代化進(jìn)程要求進(jìn)一步提高電能質(zhì)量、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和傳輸能力。電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制的新方法，正在試圖緩解負(fù)荷過(guò)載和實(shí)現(xiàn)高效可靠運(yùn)行。高壓直流輸電（HVDC）和柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)對(duì)于改進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和管理尤其有效。

VRE并網(wǎng)階段

越來(lái)越多的智能基礎(chǔ)設(shè)施使得數(shù)量不斷增加的需求側(cè)用戶參與到能量交易活動(dòng)中來(lái)，從而有助于緩解可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性帶來(lái)的負(fù)面影響，這其中也伴隨著可再生能源技術(shù)和多能互補(bǔ)技術(shù)的發(fā)展，如儲(chǔ)能可以用于平滑可再生能源發(fā)電出力。各種各樣的終端能源技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如電動(dòng)汽車、熱泵和智能高效建筑，使電力系統(tǒng)具有更大的靈活性，并提高了對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能的需求。這些技術(shù)有助于更好地利用間歇性可再生能源，但與此同時(shí)，它們也對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。這需要新的系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃方法，以確保未來(lái)發(fā)展有助于實(shí)現(xiàn)清潔、可靠和經(jīng)濟(jì)的電力系統(tǒng)?？s短調(diào)度周期，同時(shí)對(duì)可再生能源發(fā)電進(jìn)行更準(zhǔn)確的短期預(yù)測(cè)，可以減少可再生發(fā)電的功率預(yù)測(cè)誤差，從而減少輔助服務(wù)需求。加上預(yù)測(cè)單元和隨機(jī)過(guò)程分析單元，可以有效處理不確定性。風(fēng)電場(chǎng)可以負(fù)責(zé)提供頻率響應(yīng)、慣性響應(yīng)和調(diào)節(jié)（如果它們符合資格要求）。

儲(chǔ)存技術(shù)開(kāi)始逐步部署或納入提供輔助服務(wù)。頻率調(diào)節(jié)市場(chǎng)已經(jīng)吸引了越來(lái)越多的電池存儲(chǔ)和新的儲(chǔ)能應(yīng)用方式，主要包括獎(jiǎng)勵(lì)快速啟動(dòng)和快速響應(yīng)的資源，包括蓄電池。此外，還有一些創(chuàng)新，將間歇性可再生能源生產(chǎn)與旨在提高需求側(cè)響應(yīng)速度的措施結(jié)合起來(lái)。新趨勢(shì)的好處和作用已得到認(rèn)可，但尚未完全成熟和實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。技術(shù)指南重點(diǎn)介紹經(jīng)過(guò)行業(yè)驗(yàn)證的技術(shù)和方法，這些技術(shù)和方法已經(jīng)被廣泛采用，并在電力公用事業(yè)中繼續(xù)推廣應(yīng)用。而在技術(shù)指南材料的適當(dāng)位置還包含了一些已經(jīng)開(kāi)始影響公用事業(yè)格局的VRE相關(guān)新技術(shù)的討論（例如，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能、在故障電流限制裝置中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料、先進(jìn)預(yù)測(cè)方法、風(fēng)電場(chǎng)綜合慣性和調(diào)節(jié)響應(yīng)）。

VRE融入電網(wǎng)的關(guān)鍵能力

風(fēng)電和光伏的主要區(qū)別

風(fēng)電和光伏的主要區(qū)別

技術(shù)指南中提供的信息是匯集了多方來(lái)源，以期作為世界銀行全體人員在實(shí)施VRE相關(guān)電力系統(tǒng)項(xiàng)目中的高階指導(dǎo)和快速參考。技術(shù)指南由以下4套子文檔組成，這些子文檔被確定為VRE實(shí)施的首要技術(shù)文件：

間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的要求；

支持間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的輔助設(shè)備；

間歇性可再生能源發(fā)電廠的接入系統(tǒng)研究；

利用預(yù)測(cè)系統(tǒng)降低成本，提高間歇性可再生能源的調(diào)度水平。

＂間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的要求＂文檔概述了VRE技術(shù)，并介紹了VRE的技術(shù)規(guī)范、適用標(biāo)準(zhǔn)和基本測(cè)試的一些建議。本文主要介紹了VRE電廠并網(wǎng)發(fā)電的基本要求。電網(wǎng)中不同水平的VRE滲透率決定了VRE融入電網(wǎng)的不同技術(shù)要求。但是，有些要求是通用的，并在任何情形下的電力系統(tǒng)VRE接入過(guò)程中需要重視的，例如對(duì)電網(wǎng)事件的調(diào)節(jié)和自動(dòng)響應(yīng)、電能質(zhì)量、保護(hù)系統(tǒng)、預(yù)測(cè)和分析。本文將詳細(xì)討論基本和高級(jí)VRE并網(wǎng)對(duì)應(yīng)的要求，以便為在不同成熟度的電網(wǎng)實(shí)施導(dǎo)則情形下的VRE項(xiàng)目都可以提供指導(dǎo)和參考。電網(wǎng)中的關(guān)鍵要求都匯總在了清單表中，可用于VRE的項(xiàng)目規(guī)劃、實(shí)施與聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)一系列廣泛的互連研究（如穩(wěn)態(tài)分析、短路和斷路器負(fù)荷審查、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和設(shè)施）驗(yàn)證了對(duì)技術(shù)要求和電網(wǎng)導(dǎo)則的遵守情況。

＂支持間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的輔助設(shè)備＂文檔概述了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）和其他輔助設(shè)備，并描述行業(yè)需求的基本特征，給出了適用標(biāo)準(zhǔn)、功能、應(yīng)用程序和最低技術(shù)規(guī)格的建議。本文檔的主要目標(biāo)是討論所有可用的FACTS技術(shù)，其基本概念包括獨(dú)立控制主動(dòng)和無(wú)功功率流、FACTS設(shè)備的基本區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)以及行業(yè)應(yīng)用。詳細(xì)分析和總結(jié)了性能因素的分類和比較，以讓相關(guān)人員明確FACTS器件的發(fā)展方向和對(duì)電力系統(tǒng)的影響。FACTS設(shè)備的應(yīng)用對(duì)這些方面有積極影響：系統(tǒng)容量、系統(tǒng)可靠性、電能質(zhì)量、系統(tǒng)可控制性。FACTS的環(huán)境效益是通過(guò)推遲建造更昂貴的輸電線路和更好地利用現(xiàn)有系統(tǒng)資產(chǎn)而獲得的。

“間歇性可再生能源發(fā)電廠的接入系統(tǒng)研究”論述了可再生能源電廠穩(wěn)定接入系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的要求。這些要求因電廠規(guī)模大小、接入位置以及是輸電系統(tǒng)還是配電系統(tǒng)而異。對(duì)互連過(guò)程中開(kāi)展研究的主要目的是成功地將VRE融入到電網(wǎng)中。以互聯(lián)互通新型間歇性可再生能源為目標(biāo)的電力系統(tǒng)規(guī)劃，需要確保有足夠的能源資源和消納能力來(lái)互聯(lián)新的電源，并確?？煽亢透咝?。此外，這些研究還證實(shí)，有足夠的儲(chǔ)能和必要的系統(tǒng)資源有助于保障意外事故情形下的能源安全，如在發(fā)電機(jī)組、變壓器或輸電設(shè)施出現(xiàn)故障時(shí)。

＂利用預(yù)測(cè)系統(tǒng)降低成本，提高間歇性可再生能源的調(diào)度水平＂文檔討論了預(yù)測(cè)能力的需求和好處，以及預(yù)測(cè)能力如何與系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和大規(guī)模VRE電廠變得更加相關(guān)。在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行之前的幾天、幾小時(shí)和幾分鐘的時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)太陽(yáng)能發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電，可降低平衡成本，最大限度地減少VRE丟棄水平，提高系統(tǒng)可靠性，并最終提高VRE在能源結(jié)構(gòu)中的滲透率。本文檔的主要目標(biāo)側(cè)重于預(yù)測(cè)方法的類型以及如何利用物理和統(tǒng)計(jì)模型來(lái)制定短期和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。良好的預(yù)測(cè)方法有助于縮小合同供電與實(shí)際供電之間的差距，降低發(fā)電機(jī)組的不平衡成本。從本質(zhì)上講，有效的預(yù)測(cè)系統(tǒng)有助于使整個(gè)電力系統(tǒng)更接近于完全擇優(yōu)的調(diào)度系統(tǒng)，從而降低了間歇性發(fā)電供應(yīng)的不確定性和成本。天氣預(yù)報(bào)方面的技術(shù)進(jìn)步，加上越來(lái)越多的可再生能源歷史性能數(shù)據(jù)，大大提高了可再生能源發(fā)電的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，從而更有效地利用了間歇性可再生能源。

VRE接入電力系統(tǒng)要求

VRE并網(wǎng)關(guān)鍵要求清單

執(zhí)行摘要

如今，可再生能源發(fā)電技術(shù)正變得極具成本效益，因此，作為可利用可再生資源的地方進(jìn)行電網(wǎng)電氣化的替代技術(shù)，其吸引力日益提高。許多新興經(jīng)濟(jì)體擁有優(yōu)良的可再生能源資源，并采取了鼓勵(lì)該行業(yè)發(fā)展的政策，以實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電對(duì)其能源供應(yīng)和當(dāng)?shù)丨h(huán)境可能帶來(lái)的好處。用于發(fā)電的可再生能源包括水力發(fā)電、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能以及＂間歇性＂或＂可變＂可再生能源（VRE），如波浪和潮汐能、風(fēng)能、太陽(yáng)能光伏發(fā)電和集中太陽(yáng)能發(fā)電。

本技術(shù)指南主要關(guān)注VRE，這是一種不可調(diào)度的能源，因?yàn)槠洳▌?dòng)取決于一天的季節(jié)和時(shí)間。與其他可再生能源不同，間歇性可再生能源完全依賴于大自然實(shí)時(shí)產(chǎn)生，無(wú)法儲(chǔ)存或調(diào)節(jié)大小。太陽(yáng)能和風(fēng)能是市場(chǎng)上最普遍、最成熟的VRE，由于其電力成本低、環(huán)境影響低，它們的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)已經(jīng)產(chǎn)生了巨大效益。此外，太陽(yáng)能和風(fēng)能裝置的建造速度相對(duì)較快，通常在6～12個(gè)月內(nèi)，這取決于發(fā)電廠的規(guī)模——這對(duì)快速增長(zhǎng)的新興經(jīng)濟(jì)體來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗鼈兤惹行枰娏?。然而，VRE發(fā)電量的增加使得電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在保持電網(wǎng)可靠性、優(yōu)化電網(wǎng)性能、電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的同時(shí)，更難管理能源資源的波動(dòng)。

可再生能源發(fā)電技術(shù)目前約占全球新增發(fā)電能力的一半?？稍偕茉醇夹g(shù)的快速發(fā)展對(duì)降低成本產(chǎn)生了重大影響，特別是太陽(yáng)能和風(fēng)能。如果光伏和風(fēng)電技術(shù)價(jià)格相對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)電力源持續(xù)下跌，公用事業(yè)規(guī)模的可再生能源項(xiàng)目的市場(chǎng)滲透率可能繼續(xù)在全球呈上升趨勢(shì)。儲(chǔ)能技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步提升了可再生能源市場(chǎng)的潛力及其在能源市場(chǎng)未來(lái)中的作用。

可再生能源大量滲透到電網(wǎng)中，給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和管理帶來(lái)了挑戰(zhàn)，對(duì)VRE融入到電網(wǎng)提出了嚴(yán)格的要求，并需要更好地了解VRE技術(shù)，這需要調(diào)整電源系統(tǒng)規(guī)劃方法，認(rèn)真考慮VRE的可變性。它還可能導(dǎo)致電氣行業(yè)的變化，例如對(duì)可再生能源發(fā)電廠的功能和性能的新要求、對(duì)具體和詳細(xì)技術(shù)規(guī)范的需求、更高水平的標(biāo)準(zhǔn)化以及改進(jìn)電網(wǎng)連接方式以提高消納可再生能源的水平。

形成電網(wǎng)導(dǎo)則對(duì)于優(yōu)化實(shí)施、接入系統(tǒng)和VRE發(fā)電非常重要。但是，在電網(wǎng)導(dǎo)則仍在制定或尚未完全建立的國(guó)家／地區(qū)，分析將VRE發(fā)電融入到電網(wǎng)的要求也是合理的。針對(duì)VRE發(fā)電的系統(tǒng)要求取決于整個(gè)電源系統(tǒng)的電源現(xiàn)有和計(jì)劃的VRE比例。由于VRE在電源中的份額持續(xù)上升，VRE電廠不得不從它們替換的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中接管越來(lái)越多的責(zé)任?；镜碾娋W(wǎng)支持服務(wù)現(xiàn)在變得與所有類型的發(fā)電機(jī)組有關(guān)，包括VRE，它們通常以較低的電壓水平接入系統(tǒng)。

電網(wǎng)中不同等級(jí)的VRE滲透也決定了VRE融入電網(wǎng)的不同技術(shù)要求。但是，有些要求是通用的，并在任何情形下的電力系統(tǒng)VRE接入過(guò)程中需要重視的，例如對(duì)電網(wǎng)事件的調(diào)節(jié)和自動(dòng)響應(yīng)、電能質(zhì)量、保護(hù)系統(tǒng)、預(yù)測(cè)和分析。本文將詳細(xì)討論基本和高級(jí)VRE并網(wǎng)對(duì)應(yīng)的要求，以便為在不同成熟度的電網(wǎng)實(shí)施導(dǎo)則情形下的VRE項(xiàng)目都可以提供指導(dǎo)和參考。電網(wǎng)中的關(guān)鍵要求都匯總在了清單表（參見(jiàn)TABLE4．1：VRE融入電網(wǎng)基本要求清單）中，可用于VRE的項(xiàng)目規(guī)劃、實(shí)施與聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)一系列廣泛的互連研究（如穩(wěn)態(tài)分析、短路和斷路器負(fù)荷審查、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和設(shè)施）驗(yàn)證了對(duì)技術(shù)要求和電網(wǎng)導(dǎo)則的遵守情況。

本文檔還討論了通用的VRE技術(shù)，并就VRE技術(shù)規(guī)范、適用標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵測(cè)試提出了建議。所提供的資料是從各種信息匯集了多方來(lái)源，以期作為世界銀行全體人員在實(shí)施VRE相關(guān)電力系統(tǒng)項(xiàng)目中的高階指導(dǎo)和快速參考。

本技術(shù)指南經(jīng)常提到特定供應(yīng)商的產(chǎn)品，以幫助讀者理解VRE融入電網(wǎng)的要求。但是，這些引用絕不是絕對(duì)的。相反，它們只是作為讀者了解一般主題的起點(diǎn)。列入對(duì)特定產(chǎn)品的提及并不是要反映其重要性。世界銀行不認(rèn)定任何供應(yīng)商、產(chǎn)品或服務(wù)。因此，此處以商品名稱、商標(biāo)或制造商或其他方式提及的任何供應(yīng)商、產(chǎn)品或服務(wù)，并不構(gòu)成或暗示世界銀行的認(rèn)可、建議或批準(zhǔn)。