陜西電網新能源消納問題研究

姚金雄，王芝麟，張 涵

(國網陜西省電力公司,西安 710048)

0 前 言

“十二五”期間，中國新能源快速發(fā)展，取得了舉世矚目的成績[1]，2016年，中國風電、太陽能發(fā)電新增裝機5 384萬kW，同比增長10.4%。截至2016年底，全國風電、太陽能發(fā)電裝機容量達到2.26億kW，占總裝機的14%，2011—2016年年均增長40.1%。風電、太陽能發(fā)電量3 072億kWh，占總發(fā)電量的5%，2011—2016年年均增長35.6%。

受資源地域限制，中國新能源呈集中式大規(guī)模開發(fā)態(tài)勢，80%左右的新能源裝機都集中在“三北”地區(qū)(華北、東北、西北)[2]。截至2016年底，“三北”地區(qū)累計風電裝機容量11 474萬kW，占全國風電裝機的77%。內蒙古、新疆、甘肅、河北、寧夏、山東、山西、云南、遼寧9個省區(qū)裝機容量超過600萬kW。其中，內蒙古風電裝機超過2 000萬kW，新疆、甘肅、河北風電裝機超過1 000萬kW。

從新能源消納的棄風棄光電量來看，全國80%的棄風電量和棄光電量也都集中在“三北”地區(qū)。截至2016年底，西北地區(qū)甘肅[3]、寧夏、新疆棄風、棄光率超過了10%；青海棄光率也超過了10%。目前，棄風棄光已成為社會各界關注的熱點，如何兌現中國政府向國際社會做出的2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%的莊重承諾，破解棄風棄光問題，事關新能源發(fā)展和節(jié)能減排目標的順利實現[4]。

圖1 2010—2016年全國新能源裝機容量統(tǒng)計圖

圖2 2010—2016年全國新能源發(fā)電量統(tǒng)計圖

本文在陜西電網新能源消納基本情況的基礎上，分析了陜西電網新能源消納存在的問題，有針對性地提出了解決陜西新能源消納的建議和措施。

1 陜西電網新能源發(fā)展概況

陜西新能源起步較晚，但發(fā)展非常迅速，國家電網陜西電網(以下簡稱網內)從2011年開始陸續(xù)有新能源投入，2016年風電、太陽能發(fā)電新增裝機239萬kW，同比增長128.7%。截至2016年底，網內風電、太陽能發(fā)電裝機容量達到425萬kW，占總裝機的12.4%，2012—2016年年均增長120.0%。風電、太陽能發(fā)電量48億kWh，占總發(fā)電量的4%，2012—2016年年均增長128.3%。

2016年網內風電裝機容量179萬kW，同比增長57%，占電源總裝機的5.3%，2012—2016年年均增長97.9%。年發(fā)電量28億kWh，同比增長59%，占總發(fā)電量的2.3%，2012—2016年年均增長107.6%。

2016年網內太陽能發(fā)電裝機容量246萬kW，同比增長242%，占電源總裝機的7.3%，2012—2016年年均增長194.7%。年發(fā)電量20億kWh，同比增長264%，占總發(fā)電量的1.6%，2012—2016年年均增長247.7%。2010—2016年陜西電網新能源裝機容量和發(fā)電量的統(tǒng)計見圖3、4。

圖3 2010—2016年網內新能源裝機容量統(tǒng)計圖

圖4 2010—2016年網內新能源發(fā)電量統(tǒng)計圖

截止2017年2月底， 全省新能源發(fā)電裝機容量631萬kW(網內474萬kW、陜西地方電網156萬kW)。其中風電裝機273萬kW(網內198萬kW、陜西地方電網75萬kW)；太陽能發(fā)電裝機357萬kW(其中網內276萬kW、陜西地方電網81萬kW)，陜北地區(qū)裝機占比在86%以上。

“十三五”期間，陜西新能源還將保持快速發(fā)展。截止2016年底，進入國家風電核準計劃、省市已備案光伏合計1 594萬kW，陜北占83.0%；其中已辦理接入申請1 029萬kW，陜北占85%。此外，延安提出建設新能源基地，榆林、渭南、銅川提出光伏領跑者基地申請，新能源發(fā)展意愿達2 619萬kW。

2 陜西電網新能源消納問題分析

電力系統(tǒng)具有發(fā)、供、用同時完成的特性，電力系統(tǒng)平衡的原則是跟蹤負荷變化、調節(jié)常規(guī)電源出力，從而保持動態(tài)平衡。由于新能源出力的隨機性和波動性，其高比例接入電力系統(tǒng)后，增加了系統(tǒng)調節(jié)的負擔，常規(guī)電源不僅要跟隨負荷變化，還需要平衡新能源的出力波動[5]。新能源出力超過系統(tǒng)調節(jié)范圍時，必須控制出力以保證系統(tǒng)動態(tài)平衡，從而導致棄風、棄光現象發(fā)生。綜合來看，新能源消納與市場規(guī)模(負荷水平、負荷特性)、電源調節(jié)性能(最大技術出力、最小技術出力)、電網互聯(lián)互通[6](聯(lián)絡線外送能力)、市場機制及政策等幾個因素高度相關，陜西新能源消納目前主要存在以下問題。

2.1.1 對照品溶液的制備 精密稱取白藜蘆醇對照品于量瓶中，用乙醇溶解并定容，制得含白藜蘆醇1.00 mg/mL儲備液。

(1) 陜西新能源主要集中在陜北，開發(fā)條件好，發(fā)展快、規(guī)模大，但距離關中負荷中心較遠，電網輸送能力有限，存在難以就地消納的問題。

(2) 陜北地區(qū)電源結構單一，主要以火電為主，且小火電比例高，兩家管電的現實存在使得火電機組未實行統(tǒng)一調度，小火電機組利用小時數高，特別是自備機組未參與調峰，進一步降低了電網電源靈活調節(jié)能力和新能源就地消納能力。

(3) 伴隨著近幾年受全國經濟增速放緩影響，陜北地區(qū)經濟增長乏力，用電增速減慢，電力市場負荷增長緩慢，進一步加劇了新能源消納矛盾。

(4) 根據陜西新能源消納能力相關研究成果，在考慮西北主網向陜西提供200萬kW調峰支援、2018年陜西電網建成陜北～關中750 kV二通道、2019年建成投運陜北直流外送通道等邊界條件下，“十三五”期間，陜西電網新能源消納能力約648～1 541萬kW。目前全省投產新能源631萬kW，接近近期新能源消納能力648萬kW，但目前已累計辦理接入申請1 029萬kW，遠超過近期消納能力。

(5) 陜西從2016年二季度開始棄風、棄光，月最大棄風、棄光率分別為12.9%和14.5%，全年棄風、棄光率分別為6.5%和6.6%。2017年隨著在建的風電項目、太陽能發(fā)電項目陸續(xù)投運，將進一步加重棄電問題。經初步測算，預計2017年棄風率23.9%、棄光率30.1%，將難以滿足國家新能源全額收購( 棄風棄光率不超過5%)要求。

3 陜西新能源消納措施研究

新能源消納問題的解決要多措并舉、綜合施策，需要政府、發(fā)電企業(yè)和用戶等各方主體共同努力。電源環(huán)節(jié)要加強調峰能力建設[7]，提高抽蓄、燃氣等靈活調節(jié)電源比例，推動煤電機組調峰能力改造，提高供熱機組調峰深度；電網環(huán)節(jié)要加快跨省跨區(qū)通道建設，擴大可再生能源配置范圍，統(tǒng)籌發(fā)揮大電網配置及平衡能力[8]；用戶環(huán)節(jié)要推進電能替代，用市場辦法引導用戶參與調峰調頻、主動響應可再生能源出力變化。

陜西電網“十三五”期間解決新能源消納的具體建議措施如下。

(1) 挖掘潛力，努力提高陜北新能源就地消納能力。采用嚴控新增小火電、關停環(huán)保不達標機組、對小火電實施“雙控”管理等措施[9]。陜西全省小火電裝機約768萬kW，占省內火電總裝機的23.93%，按照“十三五”全省煤電淘汰落后產能計劃，全省關?？側萘績H80萬kW，占比僅為11%。因此，必須嚴格落實國家能源局發(fā)布的關于“十三五”煤電淘汰落后產能建議，進一步加大小火電治理力度，并推進自備機組參與調峰，增加電網調節(jié)能力，為新能源發(fā)展挖掘出更大空間；同時加快斷開陜西地方電網引接外省電源，進一步提高當地用電負荷規(guī)模，從而提高新能源消納能力。

(2) 加快“十三五”電網重點工程陜北～關中750 kV二通道建設。陜北～關中750 kV二通道是將陜北新能源送往關中消納、解決陜北新能源消納問題的重要舉措，項目跨越榆林、延安、銅川、咸陽、西安5個地市，建設規(guī)模大、協(xié)調環(huán)節(jié)多，需要沿線各單位從項目建設管理角度加大屬地協(xié)調力度，加快工程建設進度，將現有陜北至關中的輸送能力從260萬kW提升到650萬kW。

(3) 加快抽水蓄能電站建設。2016年8月5日，陜西開工建設了鎮(zhèn)安抽水蓄能電站，增加電網調峰能力140萬kW。鎮(zhèn)安抽水蓄能電站的早日建成投產，勢必將增加陜西電網靈活的調節(jié)能力，能進一步促進陜西新能源的發(fā)展。

(4) 加快“十三五”陜西外送通道建設，爭取新能源在更大范圍內消納。加快開展陜北～湖北特高壓直流輸電工程前期工作，爭取早日核準并開工建設，充分發(fā)揮大電網配置及平衡能力，為陜西新能源發(fā)展提供更大的空間。2020年，在全省負荷3 453萬kW、電源總規(guī)模8 175萬kW、西北支援調峰200萬kW條件下，依托陜北～湖北特高壓直流輸電工程的新能源打捆外送能力，陜西可滿足省內1 380萬kW新能源消納需求。

(5) 全面推進電能替代，大力發(fā)展電動汽車等多領域電能替代項目，力爭“十三五”實現電能替代電量140億kWh，進一步加大電網接納新能源的能力。提高各級電網智能化水平，提升源網荷友好互動水平，鼓勵用戶積極參與需求側響應和市場交易，增強電網對新能源大規(guī)模接入的適應能力[10]。

4 結 語

“十三五”期間，國家高度重視新能源發(fā)展，把清潔能源發(fā)展作為推動供給側結構性改革、實現能源轉型的重要舉措。

國家能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃提出，2020年全國風電裝機2.1億kW以上，太陽能發(fā)電裝機1.1億kW以上。根據陜西電網“十三五”規(guī)劃，預計到2020年，陜西風電裝機將達到880萬kW、光伏裝機將達到500萬kW，到2030年，陜西風電裝機將達到2 100萬kW、光伏裝機將達到3 500萬kW，陜西電網新能源消納形勢將會異常嚴峻且情況復雜，需要陜西政府及企業(yè)等多部門從規(guī)劃、設計、運行管理等多方面協(xié)同解決。

為確保陜西電網新能源消納得到有效解決，建議：政企聯(lián)動繼續(xù)大力推動陜西電力外送通道建設，深入開展隴彬～徐州特高壓直流、延安～西柏坡(雄安)直流等外送通道前期論證工作，著重研究陜西新能源與火電打捆外送事宜；政府合理有序安排陜西新能源建設，緩解區(qū)域新能源裝機快速增長與電網消納能力嚴重不匹配造成的棄電風險。