义乌核电~美国东部电网发布向新型电力系统转型研究的初步成果

位于美国东部的「PJM 互连电网」是美国东部 13 个州和哥伦比亚特区的电网运营商，为 6500 万人提供电力服务。

2021年12月21日，PJM 互连发布了一项题为“不断发展的传统能源与新能源组合对电网潜在影响”的研究初步成果。包括如何加速可再生资源的整合，该研究是一个跨年度、多阶段的研究项目。

在 PJM 互连发布的“PJM 的能源转型：分析框架”白皮书中列出了 PJM 的五年发展战略，该战略建立在三个支柱之上——支持州和联邦的脱碳政策、规划未来电网、以及促进创新。这项“实况研究”将帮助 PJM 发现当前电力市场结构中的差距和机会，并为市场设计、输电规划和未来可靠系统运营提供见解。

PJM 能源转型研究框架。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 1

PJM 总裁兼首席执行官 Manu Asthana 表示：“随着 PJM 传统和新能源发电组合的持续快速发展，我们必须时刻保持可靠、具有成本效益的电力传输。这项研究阐释了 PJM 为什么能够在以促进能源转型、实现未来[新型]电网为目标的关键任务中走好每一步。”

在这项研究中，PJM 综合各州政策形成三种场景的发展路径（base, policy & accelerated），可使得每年可再生能源发电量分别增长到10%、22% 和 50%，与核电相结合[到2025年]最高实现 70% 的电力脱碳。目前，可再生能源约占年度能源总利用的 6%，再加上核能对能源结构的贡献，2020 年总共有超过 40% 的零碳能源。

两种不同场景下新能源发电的容量。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 2

该研究的初步结果提出了五个关键重点领域，并描绘了后续研究的任务：

?正确计算发电机的发电容量至关重要：可变资源[新能源]增加的系统将需要新方法来充分评估每种资源和整个系统的可靠性。

不同类型新能源的有效负载带载能力（ELCC）。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 3

?随着不确定性的增加，灵活性变得越来越重要：该研究重申需要系统灵活性来解决可变资源的不确定性。研究结果显示净负荷变化率提高 50%（负荷变化率更为陡峭）、发电机频繁调度至其最小经济运行值以及热电机组的最小容量系数。

三种场景下年度发电组合预测（GWh）。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 5

夏季负荷曲线的爬坡需求（Accelerated场景）。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 8

?当前，汽轮机组提供了必要的可靠性服务，在大规模部署新能源之前仍然需要保证充足的电力供应：PJM 和利益相关方必须确保市场结构提供正确的激励措施来维持这些可靠性服务。

2021年6月10日对 PJM 互连电网一次调频（PFR）能力的评估。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 9

?区域电力市场促进可靠且具有成本效益的能源转型：PJM 互连的规模经济、地理多样性和强大的输电系统有助于促进可靠且具有成本效益的可再生资源整合。目前发生的电网拥塞、弃风弃光、或与其他电网更多的能量交互等情况表明，PJM 需要战略性地投资区域输电设施、储能以及其它电网强化技术。

能源市场价格信号。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 4

三种场景下「弃风弃光」预测（GW）。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 6

三种场景下与美中大陆电网互联的年度净出口以及峰值交互预测。图片来源：「PJM 的能源转型：分析框架」fig. 7

?可靠性标准必须不断发展：随着分布式能源 (DER) 在电网中的渗透率增加，输配电系统之间的传统界限进一步模糊，为分布式能源建立适当的性能、电网安全和可靠性标准至关重要。随着 PJM 的市场、运营和输电规划功能不断发展以促进可再生资源整合，天然气、水和电信等相互依赖的基础设施的可靠性标准也应如此。

对于可再生能源整合的探索是 PJM 多项并举的重要举措之一。作为一个独立的机构，PJM 利用数据和分析来促进全社会脱碳并建立未来电网。2021年 PJM 与其它利益相关方合作，主要做了以下工作：

?识别可靠性挑战（发布了「PJM 的可靠性：今天和明天」白皮书[2]）。

?通过利益相关方流程解决资源充足性、互连和规划流程改革。

?与利益相关方合作，向联邦能源监管委员会提出关于未来电网规划和分布式能源监管的里程碑式提案。

?与沿海州合作开发海上风电建设的潜在区域解决方案（发布「海上风电传输第一阶段研究」报告[3]）。

所有这些工作将在 2022 年继续进行。

* PJM 是美国东部三个州的首字母缩写，分别代表 Pennsylvania, Jersey, Michigan，是形成美东互连电网独立运营系统的最初区域范围。