采用負(fù)荷控制提高新能源接納能力措施初探

孫 峰，張冠鋒，李家玨，張 濤，劉誠哲

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國家電網(wǎng)公司東北分部，遼寧 沈陽 110180)

風(fēng)能、光伏等新能源是清潔的可再生能源，大力發(fā)展新能源對(duì)于節(jié)能和環(huán)保都具有重要的意義。但是，目前東北地區(qū)火電機(jī)組多，還存在著很高比例的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，為了滿足東北地區(qū)冬季供暖需求，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行在“以熱定電”模式，可調(diào)節(jié)能力降低，嚴(yán)重影響新能源的接納。為此，國家電網(wǎng)公司在系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行中優(yōu)先調(diào)度新能源，利用先進(jìn)運(yùn)行技術(shù)支持新能源消納，2016年國家電網(wǎng)公司消納清潔能源電量11 893億kWh，東北跨省跨區(qū)累計(jì)外送新能源電量113.02億kWh，同比增長(zhǎng)12.07%。

另一方面，需求側(cè)響應(yīng)作為電力市場(chǎng)框架下的重要互動(dòng)資源，電力系統(tǒng)中帶有需求響應(yīng)的大容量電熱儲(chǔ)能爐、電鍋爐、礦熱爐、空調(diào)等電力負(fù)荷逐漸增多，與一般意義上負(fù)荷不同的是，這些負(fù)荷具有可控性?？煽刎?fù)荷使原本“鋼性”的負(fù)荷曲線產(chǎn)生了一定的“彈性”，合理調(diào)配可控負(fù)荷的負(fù)荷曲線可以平抑電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線的波動(dòng)幅度，提高系統(tǒng)的調(diào)峰能力，提高電力系統(tǒng)對(duì)新能源發(fā)電的接納能力[1-4]。

本文基于電網(wǎng)可控負(fù)荷用電行為分析，結(jié)合不同負(fù)荷特性及用電時(shí)序的不同特點(diǎn)，提出了采用負(fù)荷控制提高新能源接納能力的主體思路，并提出了綜合采用電價(jià)政策引導(dǎo)措施、雙邊市場(chǎng)交易機(jī)制、電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)手段的負(fù)荷控制實(shí)現(xiàn)方案，以能夠?yàn)楹罄m(xù)新能源接納研究工作提供借鑒。

1 負(fù)荷用電行為及新能源接納能力分析

隨著電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)中可調(diào)控負(fù)荷的類型和數(shù)量越來越多，所占比例越來越大，將其納入電網(wǎng)調(diào)度已是必然?；诳烧{(diào)控負(fù)荷用電行為引導(dǎo)提升新能源消納能力，是基于大量可控負(fù)荷可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)保持高負(fù)荷水平運(yùn)行，在系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)保持低負(fù)荷水平運(yùn)行或停止運(yùn)行。通過改變其用電時(shí)序，達(dá)到降低系統(tǒng)峰谷差、釋放系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用，更好地應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電有功出力的波動(dòng)性。

地區(qū)傳統(tǒng)負(fù)荷大體上包括重工業(yè)、輕工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、居民用電等五種類型，以2016年東北地區(qū)為例，針對(duì)典型負(fù)荷，分析時(shí)序行為特性，得出以上五類負(fù)荷的時(shí)序用電特性，分類負(fù)荷時(shí)序特性如圖1所示。

圖1 東北地區(qū)分類負(fù)荷時(shí)序特性

可以看出不同類型負(fù)荷的時(shí)序特性整體上還有很大差異，由于不同類型負(fù)荷具有不同用電時(shí)序，因此將分析出來的可時(shí)間平移的負(fù)荷有效控制，將實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)負(fù)荷有效峰谷調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)新能源的進(jìn)一步接納。

另一方面，系統(tǒng)中大容量?jī)?chǔ)能電站、儲(chǔ)熱電站、電動(dòng)汽車等新型可控負(fù)荷不斷出現(xiàn)，由于具備能量存儲(chǔ)能力，可通過系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)儲(chǔ)能、系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)向電網(wǎng)饋電的運(yùn)行方式，進(jìn)一步釋放系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用，大幅提高電網(wǎng)新能源消納能力。

基于對(duì)負(fù)荷用電行為分析，通過掌握不同負(fù)荷用電時(shí)序及特性，可以通過負(fù)荷控制(電價(jià)政策引導(dǎo)措施、雙邊市場(chǎng)交易機(jī)制、電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù))的方式來提高電網(wǎng)新能源接納能力。采用負(fù)荷控制提高新能源接納能力措施的實(shí)施流程如圖2所示。通過負(fù)荷控制措施改變負(fù)荷用電習(xí)慣，靈活配合風(fēng)電等新能源出力，在一定時(shí)間序列內(nèi)減少或增加用電需求，轉(zhuǎn)移用電需求，可以實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷增減或轉(zhuǎn)移，改變系統(tǒng)負(fù)荷用電行為，從而提高新能源接納能力[5-7]。

圖2 采用負(fù)荷控制提高新能源接納能力措施的實(shí)施流程

2 電價(jià)政策引導(dǎo)措施

結(jié)合負(fù)荷用電行為分析，考慮到冶金制造行業(yè)、電動(dòng)汽車負(fù)荷等大負(fù)荷的負(fù)荷特性和用電習(xí)慣，以及大負(fù)荷用電時(shí)間安排與生產(chǎn)周期、生產(chǎn)品質(zhì)等生產(chǎn)實(shí)際要求的關(guān)聯(lián)性，可以發(fā)現(xiàn)很多負(fù)荷運(yùn)行與時(shí)間軸并無絕對(duì)的耦合關(guān)系，因此采用電價(jià)政策引導(dǎo)生產(chǎn)用電習(xí)慣是可行的。

依據(jù)部分生產(chǎn)時(shí)間可調(diào)節(jié)的大負(fù)荷的用電特點(diǎn)，結(jié)合全網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)及發(fā)電功率預(yù)測(cè)，基于地區(qū)風(fēng)電、光伏等新能源運(yùn)行特點(diǎn)，政府可以制定合理用戶電價(jià)機(jī)制(包括分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)和日前電價(jià))。通過不同時(shí)段的電價(jià)差，以經(jīng)濟(jì)手段引導(dǎo)和激勵(lì)大負(fù)荷用戶主動(dòng)改變自身的用電方式和用電習(xí)慣，通過需求側(cè)響應(yīng)的方式，將一部分用電量從高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到平段或低谷時(shí)段，在吸納新能源的同時(shí)最大限度地調(diào)整用電需求時(shí)間分布，滿足電網(wǎng)削峰填谷的要求，削弱新能源反調(diào)峰特性，提高東北電網(wǎng)新能源接納能力[8](見圖3)。

圖3 電價(jià)政策引導(dǎo)大負(fù)荷用電促進(jìn)新能源接納實(shí)施方案

3 雙邊市場(chǎng)交易機(jī)制

為實(shí)現(xiàn)新能源有效接納，以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)棄風(fēng)、棄光電量再利用，建立完善的棄風(fēng)、棄光雙邊市場(chǎng)交易機(jī)制也不失為一種有效的新能源接納實(shí)施方案。棄風(fēng)、棄光電量交易需要多方利益主體參加，包括風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、電網(wǎng)企業(yè)和大容量可控負(fù)荷，公開、公平、公正的交易機(jī)制是限電利用的重要保障?；谪?fù)荷用電行為分析，建立適用于不同類型可控負(fù)荷的交易機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源電站棄電量的有效消納。

基于負(fù)荷控制的棄風(fēng)、棄光雙邊市場(chǎng)交易機(jī)制實(shí)施流程如圖4所示，雙邊市場(chǎng)交易由地區(qū)政府部門牽頭負(fù)責(zé)監(jiān)督管理，地區(qū)政府部門與電網(wǎng)企業(yè)共同設(shè)計(jì)制定電力交易市場(chǎng)的市場(chǎng)機(jī)制和交易規(guī)則，電網(wǎng)企業(yè)負(fù)責(zé)構(gòu)建雙邊市場(chǎng)交易平臺(tái)，交易雙方主體為新能源電站和大負(fù)荷用戶。電網(wǎng)企業(yè)依據(jù)負(fù)荷控制預(yù)期實(shí)施效果，將可預(yù)期減少的棄風(fēng)電量作為交易商品投入市場(chǎng)，明確發(fā)電企業(yè)認(rèn)購的發(fā)電電價(jià)和大負(fù)荷用戶規(guī)定用電電價(jià)收益，采用自由認(rèn)購的方式進(jìn)行交易。

電網(wǎng)企業(yè)基于電網(wǎng)安全穩(wěn)定趨勢(shì)分析，整合負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、在線運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)度計(jì)劃數(shù)據(jù)、現(xiàn)貨交易數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，確定風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量，根據(jù)電力交易機(jī)制確定各大負(fù)荷用電量的分配方案，確定大負(fù)荷用戶年/月/日用電計(jì)劃曲線,并監(jiān)督考核大負(fù)荷用戶用電計(jì)劃曲線執(zhí)行情況，維護(hù)和確保交易的順利實(shí)施，使交易各參與主體利益最大化。同時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)還承擔(dān)著棄風(fēng)、棄光電量分配方案實(shí)施后的電網(wǎng)安全校核，保證棄風(fēng)電量市場(chǎng)交易方案不會(huì)威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[9-10]。

圖4 交易市場(chǎng)提升新能源接納方法

4 電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)

2016年，東北能源監(jiān)管局連續(xù)出臺(tái)《東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)專項(xiàng)改革試點(diǎn)方案》、《東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則(試行)》、《運(yùn)營(yíng)規(guī)則》，其目的是在東北地區(qū)建立電力輔助服務(wù)分擔(dān)共享市場(chǎng)機(jī)制，進(jìn)一步激勵(lì)火電企業(yè)主動(dòng)提升調(diào)峰能力，充分發(fā)揮電供暖、電儲(chǔ)能、可中斷負(fù)荷等需求側(cè)作用，緩解熱、電之間矛盾，促進(jìn)風(fēng)電、核電消納，推進(jìn)電能替代和火電靈活性改造。

為了提高電網(wǎng)新能源接納能力，制定和完善大負(fù)荷用戶參與電網(wǎng)調(diào)峰的輔助服務(wù)規(guī)則，使可控、可調(diào)的大負(fù)荷用戶參與到電網(wǎng)調(diào)峰環(huán)節(jié)，這也將極大緩解電網(wǎng)調(diào)峰和接納新能源的困難。電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)對(duì)象可以是電儲(chǔ)熱、電動(dòng)汽車設(shè)施等可控制、可中斷負(fù)荷，也可以是可調(diào)整運(yùn)行工作時(shí)間段的冶金制造行業(yè)負(fù)荷，結(jié)合輔助服務(wù)政策及經(jīng)濟(jì)上的支持和補(bǔ)貼，鼓勵(lì)推動(dòng)需求側(cè)用戶主動(dòng)參與到電網(wǎng)調(diào)峰過程中，不僅可以在用戶需求側(cè)發(fā)揮消化低谷電力和供熱、供電的作用，而且還將大幅提升地區(qū)電網(wǎng)新能源接納能力。

5 結(jié)束語

隨著新能源的快速發(fā)展，電網(wǎng)接納新能源能力不足越加明顯，而電力系統(tǒng)中存在著大量能與電網(wǎng)友好合作的可平移負(fù)荷，基于負(fù)荷控制的新能源接納能力提升方法，充分發(fā)揮電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)與用戶側(cè)各主體間的協(xié)同作用，通過應(yīng)用電價(jià)政策引導(dǎo)措施、雙邊市場(chǎng)交易機(jī)制、電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)手段，可主動(dòng)改變負(fù)荷用戶自身的用電行為，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷有序控制，滿足電網(wǎng)削峰填谷的要求，是解決電網(wǎng)調(diào)峰困難，確?！笆濉逼陂g新能源接納的重要途徑。

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