蒙東地區(qū)風(fēng)電消納問題分析與研究

楊再敏，靳慧龍，石永富

（國家電網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力調(diào)度控制中心，內(nèi)蒙 呼和浩特 010020）

1 蒙東電網(wǎng)風(fēng)電運行問題分析

1.1 蒙東電網(wǎng)及風(fēng)電發(fā)展概況

蒙東電網(wǎng)位于內(nèi)蒙古東部地區(qū)，轄區(qū)包括相互獨立的呼倫貝爾、興安、通遼及赤峰四盟市電網(wǎng)。截止2013年底，蒙東地區(qū)電網(wǎng)裝機容量2 336 kW，其中火電裝機1 553萬kW，占總裝機容量的66.7%；風(fēng)電裝機743 kW，占總裝機容量的31.5%，風(fēng)電裝機比例位于我國省級電網(wǎng)的前列。蒙東電網(wǎng)是典型“大電源、小負荷”外送型電網(wǎng)，已形成由12回500 kV交、直流線路構(gòu)成的聯(lián)絡(luò)線外送通道。

蒙東地區(qū)擁有豐富的風(fēng)力資源，是國家規(guī)劃的8個千萬kW級風(fēng)電基地之一。近年來，蒙東地區(qū)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，裝機容量從2009年年底的200萬kW增長至現(xiàn)在的752萬kW，年發(fā)電量從30億kW·h增至140億kW·h，裝機和發(fā)電量年均增長率均達50%。蒙東電網(wǎng)已成為全國風(fēng)電消納水平最高、發(fā)展最快的省級電網(wǎng)之一。

1.2 風(fēng)電運行存在的問題

蒙東地區(qū)風(fēng)電裝機容量大，外送通道輸送容量不足，棄風(fēng)限電問題時有發(fā)生。風(fēng)電接入系統(tǒng)后，其隨機性、間歇性、反調(diào)峰性的特性給系統(tǒng)的運行和穩(wěn)定帶來一定影響，對電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、電壓穩(wěn)定的能力提出更高要求。蒙東地區(qū)發(fā)展風(fēng)電需要解決的問題主要包括以下幾個方面：因電網(wǎng)網(wǎng)架原因限制風(fēng)電情況較多；電網(wǎng)調(diào)峰與接納風(fēng)電矛盾突出；技術(shù)裝備和管理水平有待提高；風(fēng)電消納市場空間不夠；各地風(fēng)電上網(wǎng)水平不均衡等。

2 蒙東地區(qū)風(fēng)電消納問題研究

近年來，蒙東地區(qū)風(fēng)電利用小時數(shù)不斷提高，但受東北區(qū)域負荷增長放緩影響，東北電網(wǎng)調(diào)峰形勢更加嚴峻，在東北區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電消納空間已十分有限。2013年蒙東地區(qū)風(fēng)電限電電量23.7億kW·h，風(fēng)電限電電量占風(fēng)電可發(fā)電量比例為14.5%。因此，如何進一步提高地區(qū)風(fēng)電消納水平，減少“棄風(fēng)限電”仍是當(dāng)務(wù)之急。

2.1 定性分析

表面看，蒙東風(fēng)電“瓶頸”的原因可以簡單歸結(jié)為電網(wǎng)建設(shè)進度滯后，電網(wǎng)送出能力不足，但風(fēng)電消納能力不足才是風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵制約“瓶頸”。由于蒙東地區(qū)電力負荷較小，地區(qū)負荷不能夠平衡并網(wǎng)機組出力，外送負荷比重偏大，導(dǎo)致蒙東電網(wǎng)受外部電力市場影響較大，從而造成蒙東地區(qū)并網(wǎng)機組出力受限，機組利用小時數(shù)偏低，風(fēng)電消納困難。

結(jié)合蒙東電網(wǎng)與東北電網(wǎng)實際情況分析蒙東地區(qū)并網(wǎng)風(fēng)電“棄風(fēng)限電”問題的主要原因有以下幾點。

1）統(tǒng)一規(guī)劃功能減弱是產(chǎn)生“瓶頸”的直接原因。電源、電網(wǎng)應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，但電力體制改革以后電源、電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃的功能逐步減弱，在風(fēng)電連續(xù)多年超常規(guī)發(fā)展的背景下，統(tǒng)一規(guī)劃減弱造成風(fēng)電與電網(wǎng)建設(shè)速度不同步的矛盾逐步顯現(xiàn)，統(tǒng)一規(guī)劃功能減弱、不執(zhí)行規(guī)劃和規(guī)劃管理控制不嚴是風(fēng)電面臨送出“瓶頸”的主要原因。

2）蒙東電網(wǎng)所轄地區(qū)電網(wǎng)分片接入東北電網(wǎng)，外送市場單一，東北地區(qū)近年經(jīng)濟發(fā)展緩慢，負荷增長乏力，對外部供電負荷需求較低。且東北電網(wǎng)與華北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)通道不足，向華北等內(nèi)地電網(wǎng)輸電能力不強。

3）電源調(diào)峰能力不足，擠占了風(fēng)電發(fā)電空間。蒙東電網(wǎng)供電負荷小，且存在負荷性質(zhì)單一，峰谷差大等特點。在外送通道輸送負荷容量受限的情況下，由于冬季火電供熱機組較多，占用風(fēng)電外送通道形成風(fēng)電“棄風(fēng)限電”。

4）蒙東電網(wǎng)部分地區(qū)電網(wǎng)由于大量風(fēng)電接入，存在一定容量的網(wǎng)架熱穩(wěn)定受限問題。

2.2 定量分析

下面以冬季系統(tǒng)高峰負荷時段數(shù)據(jù)為例，參考相關(guān)潮流斷面控制極限及相關(guān)穩(wěn)定規(guī)定，對風(fēng)電消納問題進行定量分析。蒙東電網(wǎng)風(fēng)電裝機分布見圖1。

截至2013年底，蒙東地區(qū)并網(wǎng)風(fēng)電容量742.8萬kW，見圖2。根據(jù)潮流計算結(jié)果得出最大消納風(fēng)電出力427.3萬kW。如果考慮風(fēng)電最大同時率為80%，受限出力166.9萬kW、限電率為28.1%。由于網(wǎng)架熱穩(wěn)定受限出力101.3萬kW，占額定容量的13.6%，其他限電負荷均為網(wǎng)調(diào)穩(wěn)定規(guī)定及電網(wǎng)調(diào)峰原因所致。

圖1 蒙東電網(wǎng)風(fēng)電裝機分布圖Fig. 1 Wind power distribution in Eastern Inner Mongolia grid

圖2 蒙東風(fēng)電消納及限電分析圖Fig. 2 Analysis diagram of wind power digestion and power cut-off in Eastern Inner Mongolia

其中“最大消納風(fēng)電出力”由規(guī)定條件下的潮流計算所得，“受限出力”=并網(wǎng)風(fēng)電容量-“最大消納風(fēng)電出力”，80%同時率=并網(wǎng)風(fēng)電容量×80%。

下面以通遼地區(qū)為例，分析如下：

通遼地區(qū)風(fēng)電裝機容量387.93萬kW，電網(wǎng)冬季負荷高峰時段最大消納222.45萬kW，限制出力165.48萬kW、限電率42.65%，如果考慮風(fēng)電同時率最大為80%情況，限制出力87.89萬kW、限電率為28.32%。其中由于網(wǎng)架熱穩(wěn)定受限出力69.975萬kW（主要指寶嶺線、梨通線和個別風(fēng)場匯集聯(lián)絡(luò)線），占額定容量的18.03%，其他限電負荷均為網(wǎng)調(diào)穩(wěn)定規(guī)定及電網(wǎng)調(diào)峰原因所致。具體限電明細如圖3所示。

圖3 通遼風(fēng)電消納及限電分析圖Fig. 3 Analysis diagram of wind power digestion and power cut-off in Tongliao

以上定量分析數(shù)據(jù)均介于冬季系統(tǒng)高峰負荷時段，參考相關(guān)潮流斷面控制極限及相關(guān)穩(wěn)定規(guī)定計算所得。即便在供熱期，調(diào)度部門在滿足地區(qū)供熱要求的情況下也盡力控制機組出力，以保證地區(qū)風(fēng)電的接納。另一方面，在系統(tǒng)負荷高峰期之外時間，網(wǎng)調(diào)實時控制調(diào)整各外送斷面潮流并隨著系統(tǒng)負荷減小，對風(fēng)電的接納能力會大大縮減。

3 解決風(fēng)電消納問題的措施

3.1 電網(wǎng)建設(shè)方面

加強電網(wǎng)建設(shè)，擴展風(fēng)電消納范圍。目前蒙東地區(qū)和東北地區(qū)的電力主要在東北負荷中心遼寧地區(qū)消納。受宏觀經(jīng)濟形勢影響在較長時間內(nèi)東北電力市場增長緩慢，紅沿河核電等大型機組不斷投運，同時東三省都在大力發(fā)展風(fēng)電，蒙東電力外送形勢極不樂觀，必須通過建設(shè)500 kV風(fēng)電匯集站和電力外送工程實現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置，從根本上解決蒙東風(fēng)電發(fā)展的瓶頸。

加強電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，突出規(guī)劃的引領(lǐng)作用。緩解風(fēng)電送出能力不足的關(guān)鍵是必須堅持電源與電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃的電力發(fā)展基本原則，嚴格電力發(fā)展規(guī)劃的編制和審批程序，切實維護電力發(fā)展規(guī)劃的嚴肅性；堅持以用電市場需求為導(dǎo)向的電源規(guī)劃基本原則，在統(tǒng)一電源規(guī)劃的框架內(nèi)編制風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，通過統(tǒng)一規(guī)劃引導(dǎo)風(fēng)電持續(xù)健康有序發(fā)展，避免出現(xiàn)風(fēng)電發(fā)展的市場“瓶頸”。

3.2 調(diào)度管理方面

加強全網(wǎng)實時調(diào)度管理，合理安排電網(wǎng)運行方式，發(fā)揮火電機組調(diào)峰最大能力，確保電網(wǎng)盡最大能力接納風(fēng)電。積極參與電監(jiān)局火電機組最小開機方式的核定工作，在電網(wǎng)調(diào)峰困難時期，嚴格按照最小運行方式安排火電機組開機方式，盡最大能力留出網(wǎng)架輸送裕度和電網(wǎng)備用容量，提前為風(fēng)電上網(wǎng)提供最大空間。合理安排線路檢修計劃，對于影響風(fēng)電上網(wǎng)的線路計劃檢修作業(yè)，盡可能安排在來風(fēng)概率較低的季節(jié)和縮短其檢修作業(yè)時間，進一步降低線路檢修對風(fēng)電接納的影響；以風(fēng)電接網(wǎng)技術(shù)標準為依據(jù)進行風(fēng)電場接入系統(tǒng)審查；以“電網(wǎng)友好型風(fēng)電場”為理念，繼續(xù)推進風(fēng)機涉網(wǎng)技術(shù)改造，提高風(fēng)電安全穩(wěn)定運行水平。

3.3 技術(shù)裝備方面

創(chuàng)新控制技術(shù)，研發(fā)智能穩(wěn)控系統(tǒng)，提高大容量風(fēng)電送出基地的送出能力。面對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)無法得到改善的現(xiàn)實，通過研發(fā)智能穩(wěn)控系統(tǒng)，提高蒙東風(fēng)電的風(fēng)電接納能力。

開展風(fēng)電供熱試點建設(shè)，積極配合地方政府和風(fēng)電企業(yè)開展風(fēng)電供熱示范點的建設(shè)工作，優(yōu)先選擇電網(wǎng)、廠址建設(shè)等外部建設(shè)條件好的區(qū)域和亟待建設(shè)熱源的新建區(qū)域進行風(fēng)電供熱建設(shè)；在保障供熱企業(yè)、風(fēng)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)各參與方權(quán)益的情況下，選取最優(yōu)的風(fēng)電供熱方案，盡最大努力消納風(fēng)電。

3.4 政策支持方面

研究棄風(fēng)再利用鼓勵政策。針對電網(wǎng)風(fēng)電就地消納困難的問題，需要向政府有關(guān)部門建議研究棄風(fēng)再利用的電價鼓勵政策，以優(yōu)惠電價鼓勵生產(chǎn)企業(yè)在棄風(fēng)時段啟動用電負荷，移峰填谷，降低電網(wǎng)用電峰谷差，以實現(xiàn)棄風(fēng)電量再利用，提高電網(wǎng)在用電低谷時段的風(fēng)電接納能力，并促進地方經(jīng)濟發(fā)展。需要政府有關(guān)部門在風(fēng)電等清潔能源接納方面出臺相應(yīng)細則，以處理火電年度發(fā)電計劃與風(fēng)電接納之間的矛盾。

4 結(jié)語

近些年，隨著風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中所占比重的不斷加大，風(fēng)電對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、調(diào)度運行管理的影響日益顯著，地區(qū)風(fēng)電發(fā)展與系統(tǒng)安全運行的矛盾逐步顯現(xiàn)，棄風(fēng)現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，風(fēng)電消納已經(jīng)成為影響蒙東地區(qū)風(fēng)電健康發(fā)展的關(guān)鍵問題。本文在分析蒙東風(fēng)電運行特點的基礎(chǔ)上，研究了風(fēng)電消納的關(guān)鍵問題，并總結(jié)之前的成功經(jīng)驗，提出了促進風(fēng)電消納的措施和建議。蒙東電力公司已積極采納踐行以上措施建議，積極促進風(fēng)電消納，推動清潔能源發(fā)展。預(yù)計未來五年，蒙東風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量總體將保持平穩(wěn)增長，風(fēng)電運行指標將創(chuàng)新高。隨著呼倫貝爾至山東特高壓直流工程、500 kV開魯匯集站、500 kV科新工程和500 kV赤峰風(fēng)電匯集站工作的持續(xù)推進，蒙東風(fēng)電外送瓶頸將得到極大緩解。

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