新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究

文_司榮國 賈艷剛 曹東 劉海洋

1.青海省綠色發(fā)電集團(tuán)股份有限公司 2.南京綠新能源研究院有限公司 3.國泰綠色能源有限責(zé)任公司

1 新能源消納現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段我國新能源發(fā)展速度極快，累計(jì)裝機(jī)容量排世界第一。新能源滲透率遠(yuǎn)超于同期部分發(fā)達(dá)國家。我國新能源發(fā)展成效有目共睹，消納總量增大，但風(fēng)能、光能等具有一定的隨機(jī)性與波動性，能源整體消納率處于有待提升的階段，棄光、棄風(fēng)等問題愈加顯著，備受國家及社會各領(lǐng)域的關(guān)注。因此為切實(shí)提升新能源開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)效益與服務(wù)效益，應(yīng)做好新能源消納工作，緩解地區(qū)能源消納矛盾。

2 新能源消納關(guān)鍵因素

2.1 新能源消納機(jī)理

目前我國電網(wǎng)谷峰差距達(dá)到30%以上，無法從根本上滿足電力系統(tǒng)平衡負(fù)荷的原則。因風(fēng)能及光能固有特征，新能源波動會直接影響到裝機(jī)容量，并呈現(xiàn)出反調(diào)峰特征。高比例新能源進(jìn)入到電力系統(tǒng)中，會增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致常規(guī)電源隨著能源負(fù)荷總量而不斷變化。在新能源出力過大的情況下，需保證系統(tǒng)動態(tài)平衡性，因此出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。

2.2 新能源消納影響因素

因電力系統(tǒng)內(nèi)部無網(wǎng)絡(luò)約束，新能源消納需滿足發(fā)電、用電平衡與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的下限約束，形成新能源消納空間。通過實(shí)際計(jì)算發(fā)現(xiàn)，增加新能源消納需在保障備用電源平衡的情況下，控制新能源平衡后的正備用容量，降低常規(guī)電源開機(jī)總量，增設(shè)具有更強(qiáng)調(diào)峰能力的機(jī)組，提升系統(tǒng)下調(diào)能力。

正備用容量是控制新能源消納的重要影響因素，可以在保障電力系統(tǒng)正常平穩(wěn)運(yùn)行的情況下，將正備用容量控制在最小范圍內(nèi)。同時(shí)，孤立系統(tǒng)內(nèi)的新能源消納需通過電源總體調(diào)節(jié)、負(fù)荷電量與負(fù)荷率調(diào)節(jié)，電源調(diào)節(jié)性能與負(fù)荷電量成正比關(guān)系，峰谷差距與新能源理論消納空間呈反比關(guān)系。

控制常規(guī)電源計(jì)劃，根據(jù)新能源出力靈活安排電能外送，可以切實(shí)提升通道容量，增加消納空間，更好實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)互通與電力調(diào)節(jié)的全局配置。新能源電力資源的外送需要建設(shè)在完善有效的跨省效益與服務(wù)機(jī)制基礎(chǔ)上，通過降低地區(qū)間能源交易難度，切實(shí)提升調(diào)峰服務(wù)工作的積極性。

3 影響新能源消納關(guān)鍵因素的癥結(jié)所在

對我國現(xiàn)存棄光、棄風(fēng)問題，對影響新能源消納關(guān)鍵因素的癥結(jié)所在進(jìn)行綜合分析。

我國新能源裝機(jī)分布與負(fù)荷關(guān)系不匹配，新能源裝機(jī)分布不均勻，與負(fù)荷呈現(xiàn)出逆向分布的特征。三北地區(qū)負(fù)荷占新能源消納裝機(jī)總?cè)萘康?6%，遠(yuǎn)低于甘肅、寧夏等地區(qū)。

從電源調(diào)節(jié)性能分析。我國抽蓄、燃機(jī)運(yùn)行期間的靈活性較低，與發(fā)達(dá)國家相比依然存在較大差距。火電機(jī)在供暖期的調(diào)節(jié)能力不高，無法從根本上滿足各地區(qū)電源供應(yīng)要求。

電網(wǎng)互聯(lián)互通的綜合水平不高，難以支撐三北地區(qū)新能源外送。雖然西北電網(wǎng)新能源裝機(jī)容量不斷增長，但能夠?qū)崿F(xiàn)電力外送的容量卻較低。新能源消納問題與負(fù)荷規(guī)模、電源調(diào)節(jié)與電網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)鍵因素具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，因三北地區(qū)新能源消納效果不佳，致使消納空間沒有得到充分利用，導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光等問題頻繁出現(xiàn)。

由于我國電力市場建設(shè)、調(diào)峰得補(bǔ)償、價(jià)格響應(yīng)等市場機(jī)制尚未建立健全，發(fā)電計(jì)劃多由政府部門制定，對外來新能源的開發(fā)與利用積極性不高，導(dǎo)致新能源消納難度持續(xù)上漲。

4 新能源消納關(guān)鍵因素的解決對策

4.1 提升電源調(diào)節(jié)力

為從根本上提升新能源消納水平，高質(zhì)高效利用新能源，需從提升電源調(diào)節(jié)能力入手。對東北、西北電網(wǎng)的火電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造，確保地區(qū)電源調(diào)節(jié)力滿足實(shí)際供電要求。同時(shí)，控制供熱機(jī)組以及凝氣機(jī)組最小技術(shù)出力率，促進(jìn)東北地區(qū)抽蓄電站建設(shè)，切實(shí)提升抽蓄電站裝機(jī)規(guī)模以及實(shí)際裝機(jī)容量。

4.2 提高電網(wǎng)互通水平

隨著現(xiàn)代化發(fā)展，各領(lǐng)域生產(chǎn)建設(shè)期間的用電需求量急劇增加，包括電源在內(nèi)的發(fā)電機(jī)容量持續(xù)增長，與用電市場的實(shí)際發(fā)展水平存在一定差距，發(fā)電設(shè)備利用率不斷下降。同時(shí)，全國用電水平持續(xù)增加，新能源裝機(jī)增長速度要明顯超過用電增長速度。能源負(fù)荷不平衡等問題始終存在，新能源富集地區(qū)負(fù)荷度小，需將工作重點(diǎn)放置在跨省區(qū)送電通道建設(shè)中，通過切實(shí)提升各能源消納范圍，促進(jìn)資源優(yōu)化配置等方式，加強(qiáng)各地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)的互通性，為提高跨區(qū)直流輸電能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在技術(shù)層面上提升電網(wǎng)互通水平，應(yīng)確保發(fā)電系統(tǒng)具有一定的靈活性，確保系統(tǒng)能夠更好滿足不同層面上的能源需求，防止進(jìn)行新能源生產(chǎn)過剩情況出現(xiàn)。同時(shí)，注重計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，加快電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，打造電力信息互通的市場環(huán)境，切實(shí)提升新能源的消納能力。

4.3 注重新能源消納生產(chǎn)模擬

基于新能源消納現(xiàn)狀與影響因素，構(gòu)建起更加完整科學(xué)的新能源消納時(shí)序生產(chǎn)模擬系統(tǒng)。結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，建立起時(shí)序生產(chǎn)模型，確保各子系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)約束與新能源消納水平保持均衡。在新能源消納生產(chǎn)模擬過程中，應(yīng)將重點(diǎn)優(yōu)化目標(biāo)放置在全部時(shí)段新能源發(fā)電量總和最大等方面。注重對新能源消納情況的模擬，如電力平衡約束模擬、電源調(diào)節(jié)性能約束模擬、電源電量約束模擬以及跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線模擬等。通過對所建立起對新能源消納生產(chǎn)模型進(jìn)行全面分析后發(fā)現(xiàn)，為更好解決新能源消納問題，不同地區(qū)應(yīng)將發(fā)展重點(diǎn)放置在自身新能源建設(shè)不足的地方。通過生產(chǎn)模擬可知，預(yù)計(jì)2020年東北區(qū)域用電量達(dá)458.4TWh，西北地區(qū)電網(wǎng)用電量達(dá)850.5TWh，在不處理新能源消納問題的情況下，東北地區(qū)新能源發(fā)電量將會達(dá)到70.2TWh，棄風(fēng)與棄光率為26.8%。2020年基礎(chǔ)場景負(fù)荷量如表1所示。

表1 2020年基礎(chǔ)場景負(fù)荷量 （TWh）

因此為做好新能源消納工作，需提升東北、西北地區(qū)火電機(jī)組調(diào)峰能力，確保地區(qū)新能源消納水平符合新能源建設(shè)目標(biāo)；注重在東北地區(qū)建立起跨區(qū)外送通道，確保新能源消納工作穩(wěn)定高速開展；鼓勵電動汽車參與到新能源消納中，借助電力汽車提升新能源消納水平，確保城市交通建設(shè)與新能源消納工作緊密地聯(lián)系在一起。

4.4 創(chuàng)新市場交易組織方式

通過不斷創(chuàng)新能源市場交易組織方式，建立健全完善的市場機(jī)制。在電力市場平臺構(gòu)建過程中，通過推動新能源市場交易，解決新能源消納問題。具體而言，對跨省間新能源進(jìn)行直接交易、拉近新能源與電力用戶、售電企業(yè)之間的關(guān)聯(lián)，建立起新能源與新能源用戶的直接交易模式，從根本上提升新能源消納過程中的經(jīng)濟(jì)效益與服務(wù)效益。加大綜合能源服務(wù)市場擴(kuò)寬力度，從根本上提升電能代替率，提升清潔能源在各領(lǐng)域生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)期間的利用率，促進(jìn)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

積極開展技術(shù)適用性高、經(jīng)濟(jì)效益更強(qiáng)的電能示范項(xiàng)目，通過以點(diǎn)帶面的方式擴(kuò)大電能代替范圍。借助市政化機(jī)制來控制相關(guān)企業(yè)的自發(fā)用電量，提升新能源消納能力。發(fā)展現(xiàn)貨市場，引導(dǎo)火電資源的自動調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)新能源最大化里利用率目標(biāo)，從根本上解決各地區(qū)新能源消納難、消納工作不積極等問題。

5 結(jié)語

我國新能源開發(fā)采用集中式，本地能源消納空間有限，在靈活調(diào)峰等方面的靈活性與有效性不足，新能源市場管理機(jī)制始終處于有待提升的階段，需相關(guān)管理部門認(rèn)清影響新能源消納的關(guān)鍵因素，結(jié)合國家新能源建設(shè)要求，做好調(diào)節(jié)抽蓄、燃機(jī)等工作，加快信息技術(shù)與能源開發(fā)融合，為充分發(fā)揮出新能源建設(shè)工作的積極作用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。