淺議電網(wǎng)新能源問題

袁濟(jì)宇

（江蘇海門實(shí)驗(yàn)學(xué)校，江蘇南通226100）

0 引言

電力作為清潔、優(yōu)質(zhì)的新能源，是支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)?？焖僭鲩L(zhǎng)的發(fā)電量為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了能源基礎(chǔ)保障，但同時(shí)也消耗了大量的煤炭等自然資源，并直接導(dǎo)致了能源緊缺、環(huán)境污染等全球性問題。為有效解決此問題，世界各國都在積極探索利用可再生的新能源來取代煤炭、石油等不可再生能源，在此背景下，以光伏、風(fēng)電、潮汐等為代表的新能源在實(shí)踐領(lǐng)域逐漸得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

我國新能源分布以西部為主，東北分散，其中，風(fēng)能和太陽能儲(chǔ)量非常豐富，陸地50 m高度3級(jí)以上風(fēng)能資源開發(fā)潛力約23.8億kW，總太陽能儲(chǔ)量大約為1.47×1 080億kW·h/年。根據(jù)國家能源局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，“十二五”期間，我國新能源發(fā)展迅速，具有大規(guī)模集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送的特點(diǎn)。預(yù)計(jì)“十三五”期間，可再生能源總的投資規(guī)模將達(dá)到2.5萬億元，屆時(shí)可再生能源年利用量相當(dāng)于減少二氧化碳排放約14億t、二氧化硫排放約1 000萬t、氮氧化物排放約430萬t、煙塵排放約580萬t，年節(jié)約用水約38億m3，帶動(dòng)就業(yè)人口將超過1 300萬人，這對(duì)替代化石能源消費(fèi)、減少溫室氣體和污染物排放以及保護(hù)環(huán)境等具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 國內(nèi)外新能源發(fā)展研究

1.1 新能源發(fā)展趨勢(shì)

為了應(yīng)對(duì)資源短缺和環(huán)境惡化帶來的挑戰(zhàn)，歐美發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)70年代，就開始對(duì)風(fēng)電和太陽能等新能源發(fā)電進(jìn)行研究。特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著信息科技的發(fā)展進(jìn)步，新能源發(fā)電技術(shù)越來越成熟和先進(jìn)，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)也開始從小型化向規(guī)?；D(zhuǎn)變，風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)也逐漸從配電網(wǎng)向高壓輸電網(wǎng)發(fā)展。世界上約有100個(gè)國家制定了可再生能源目標(biāo)，大部分都提出了在未來10～20年內(nèi)使新能源發(fā)展總量達(dá)到電力生產(chǎn)總量的10%～30%的目標(biāo)。世界風(fēng)能協(xié)會(huì)（WWEA）發(fā)布的資料顯示，2017年全球新增陸上和海上風(fēng)機(jī)安裝量達(dá)到52.552 GW，同比增長(zhǎng)2.24%，截至今年年底累計(jì)達(dá)539.291 GW。中國的風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量位居首位，其次是美國、德國等，南美、南非、中亞、中東等新興經(jīng)濟(jì)體也都在大規(guī)模開發(fā)綠色能源發(fā)電項(xiàng)目。最近十年來，我國對(duì)于新能源的開發(fā)與利用越來越重視，新能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展的階段，投資量持續(xù)增長(zhǎng)，技術(shù)創(chuàng)新力度不斷加強(qiáng)。2016年12月，國家發(fā)布了《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，為我國新能源發(fā)電事業(yè)指明了方向和道路。風(fēng)電和太陽能發(fā)電是新能源中發(fā)展最快的兩種電能形式，現(xiàn)在在我國能源戰(zhàn)略中的地位越來越高。

1.2 新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)的新能源發(fā)展問題研究成果，相較于國內(nèi)更為成熟，理論分析的思路與框架更加合理與完整，從而表現(xiàn)出較高的前瞻性和先進(jìn)性，更多地從市場(chǎng)出發(fā)來分析問題。在理論研究和現(xiàn)實(shí)決策方面能為我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題提供借鑒與參考。

我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，近年來也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。鑒于新能源產(chǎn)業(yè)面臨壁壘過大等問題，我國目前采取的是政府引導(dǎo)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的策略，以解決單純民營(yíng)資本發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的弊端，因而理論研究大多是從國家層面出發(fā)的，研究重點(diǎn)是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程、與國外新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的比較等方面。

例如，熊良瓊、吳剛（2009）在借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給出了新能源產(chǎn)業(yè)政策制定與完善的建議。陳迪桂、韓明杰（2010）采用SWOT分析方法，從政策環(huán)境、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、區(qū)域交流合作等方面，分析了山東省新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，并提出了推動(dòng)山東省新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)建議。劉秀蓮（2011）對(duì)歐盟可再生能源戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了介紹，分析了國家可再生能源產(chǎn)業(yè)政策及其實(shí)施效果，認(rèn)為新能源產(chǎn)業(yè)政策、融資政策和財(cái)稅政策等還不夠健全和完善。陳愛學(xué)（2014）認(rèn)為政府要通過提供合適的政策環(huán)境來促進(jìn)新能源企業(yè)的發(fā)展。

1.3 新能源接入電網(wǎng)技術(shù)

國外風(fēng)電和太陽能發(fā)電以分布式為主，但集中式在新能源發(fā)電結(jié)構(gòu)中所占的比例越來越大，這也使得電網(wǎng)安全運(yùn)行的不確定性問題變得越來越突出。大型風(fēng)電、光伏電站基本上是在電網(wǎng)末端，因?yàn)槠渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)薄弱，不具備較強(qiáng)的抗干擾能力，加上需進(jìn)行大容量、長(zhǎng)距離輸送，所以需解決無功和電壓穩(wěn)定性、送受端旋轉(zhuǎn)備用容量確定等問題，這樣才能保障安全、可靠和高效運(yùn)行。

我國對(duì)新能源接入電網(wǎng)的問題，研究已有15年之久，理論成果主要集中在如下幾個(gè)方面：一是在研究隨機(jī)發(fā)電能力和控制發(fā)電能力的前提下，通過優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)新能源隨機(jī)利用；二是在經(jīng)濟(jì)安全的前提下，研究正常運(yùn)行中最大限度地利用隨機(jī)新能源分析理論和調(diào)度技術(shù)；三是研究電網(wǎng)在擾動(dòng)后安全穩(wěn)定運(yùn)行的理論方法和技術(shù)手段。

不少研究成果已應(yīng)用于新能源發(fā)電領(lǐng)域，確保了新疆、甘肅、東北、內(nèi)蒙古等地區(qū)的大容量新能源發(fā)電有效運(yùn)行。

2 電網(wǎng)新能源的建議與思考

2.1 加強(qiáng)規(guī)劃建設(shè)與政策支持力度

我國人口數(shù)量大，電力能源需求大，在綠色、環(huán)保發(fā)展重壓下，未來新能源利用將是主要的途徑。能否快速推進(jìn)新能源的開發(fā)和利用，最重要的是政府的政策支持是否到位。各級(jí)政府、電力企業(yè)要加強(qiáng)溝通、協(xié)調(diào)，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，確保上下級(jí)規(guī)劃完善和有效銜接，以及各專項(xiàng)規(guī)劃、能源規(guī)劃的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；加強(qiáng)風(fēng)能等資源開發(fā)利用規(guī)劃管理，對(duì)新能源建設(shè)時(shí)序進(jìn)行優(yōu)化，使電網(wǎng)、電源、負(fù)荷能達(dá)到相互匹配。電網(wǎng)在建設(shè)過程中要以特高壓為骨架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)電網(wǎng)共同發(fā)展，從而建設(shè)統(tǒng)一而堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，為新能源發(fā)電建立起堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)平臺(tái)。

要積極促進(jìn)新能源的整體規(guī)劃布局，積極推進(jìn)不同地區(qū)之間新能源的規(guī)劃過程。主動(dòng)促進(jìn)新能源列入電力工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)籌新能源和電網(wǎng)之間的統(tǒng)籌規(guī)劃，合理安排新能源建設(shè)順序，避免新能源和電網(wǎng)發(fā)生不相容等問題。要根據(jù)不同的能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境資源的不同，利用政策工具來開發(fā)利用新能源。

政府要因地制宜，積極發(fā)展高載能負(fù)荷產(chǎn)業(yè)鏈，以解決光伏、風(fēng)力發(fā)電的消納和使用。隨著電網(wǎng)從由少數(shù)大型發(fā)電站主導(dǎo)的集中式發(fā)電，逐漸轉(zhuǎn)向大量相對(duì)較少的不兼容的設(shè)備主導(dǎo)的分布式發(fā)電，還要大力發(fā)展電力的儲(chǔ)能技術(shù)。要?jiǎng)?chuàng)新用電方式，使新能源直接接入家用直流電網(wǎng)，以提高新能源的利用效率。

2.2 提升新能源調(diào)峰能力

當(dāng)前我國大部分風(fēng)力發(fā)電集中地區(qū)，都是采用火力發(fā)電參與大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的調(diào)峰工作，但實(shí)際效果不是很理想，供電企業(yè)應(yīng)根據(jù)這種情況，通過優(yōu)化煤電發(fā)電電源結(jié)構(gòu)、拓展火力發(fā)電對(duì)風(fēng)力發(fā)電的調(diào)峰范圍等，來增強(qiáng)火力發(fā)電對(duì)大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的調(diào)峰能力。同時(shí)，還要加強(qiáng)發(fā)展和建設(shè)多元化蓄能及調(diào)峰手段，除抽水蓄能外，還要積極探索飛輪儲(chǔ)能、氫氣儲(chǔ)能和高性能電池儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。由于受到技術(shù)能力的制約，目前新型儲(chǔ)能技術(shù)還無法大規(guī)模用于解決新能源發(fā)電的能量存儲(chǔ)，可考慮利用水電快速和廉價(jià)的調(diào)峰能力，解決新能源能量的間歇性和不穩(wěn)定性問題。

要建立統(tǒng)一的調(diào)峰機(jī)制，電力調(diào)度計(jì)劃目前已做到透明和公開，新能源發(fā)電機(jī)組參與新能源發(fā)電的調(diào)峰，也需要通過統(tǒng)一政策、機(jī)制進(jìn)行確定。利用風(fēng)、光電站短期的能源預(yù)測(cè)，參與電力市場(chǎng)主要峰值的調(diào)整。利用風(fēng)能、光能的超短期能源預(yù)測(cè)，參與短期市場(chǎng)的協(xié)調(diào)交易，最終達(dá)到電力市場(chǎng)平衡。我國目前的電力交易機(jī)制和付費(fèi)輔助服務(wù)機(jī)制，還有待進(jìn)一步健全，所以必須建立統(tǒng)一的有償輔助服務(wù)市場(chǎng)，構(gòu)建跨區(qū)調(diào)整峰值和頻率的電力供需系統(tǒng)，以最大程度利用跨省跨區(qū)調(diào)峰調(diào)頻資源。

2.3 完善和創(chuàng)新新能源發(fā)電設(shè)備與技術(shù)

設(shè)備與技術(shù)是新能源發(fā)電和接入電網(wǎng)的基礎(chǔ)保障和重要條件，電力企業(yè)要及時(shí)添置質(zhì)量可靠、數(shù)量達(dá)標(biāo)的設(shè)備，以更好地滿足大規(guī)模新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的需求，使新能源接入電網(wǎng)后，能平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行。要進(jìn)一步加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)等新能源運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建設(shè)，使指標(biāo)體系能全面反映風(fēng)電自然特性，與負(fù)荷達(dá)到完好匹配，并能與其他能源協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)安全、發(fā)電可靠等目標(biāo)。

除了設(shè)備與技術(shù)創(chuàng)新外，還要采用如下方法推進(jìn)新能源的開發(fā)利用：一是大用戶直供法，新能源的接入會(huì)影響傳統(tǒng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量、運(yùn)行穩(wěn)定性等，為更好地降低新能源接入對(duì)電網(wǎng)的影響，可以采用大用戶直供法來實(shí)現(xiàn)新能源消納；二是充分運(yùn)用風(fēng)光互補(bǔ)特性，根據(jù)不同新能源的時(shí)間特性和季節(jié)特性，靈活進(jìn)行互補(bǔ)利用，以促進(jìn)風(fēng)、光等新能源得到更加深度的開發(fā)與應(yīng)用；三是自發(fā)自用、就地消納，如果當(dāng)?shù)氐耐馑碗娏νǖ肋€不健全和完善，就要盡可能地直接對(duì)新能源電力進(jìn)行就地消納，將傳統(tǒng)電網(wǎng)作為備用和補(bǔ)充，只在新能源發(fā)電量不足時(shí)進(jìn)行應(yīng)用，這樣就可以減少額外建設(shè)電力輸送裝置的投資，縮減投資成本。

3 結(jié)語

綜上所述，新能源發(fā)電的優(yōu)勢(shì)與效益都非常顯著，在節(jié)能減排、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等方面起到了重要作用，必將成為世界未來的能源替代品。本文分析了新能源發(fā)電的現(xiàn)狀，提出了加強(qiáng)規(guī)劃建設(shè)與政策支持力度、提升調(diào)峰能力、完善和創(chuàng)新新能源發(fā)電設(shè)備與技術(shù)等建議，希望能為新能源發(fā)電接入提供一定參考。