新能源消納現(xiàn)狀與改進(jìn)措施研究

孟天璇 姚夫慶 高輝

摘要：現(xiàn)階段，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的地位越來(lái)越重要，但風(fēng)、光等新資源的隨機(jī)波動(dòng)也給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。風(fēng)電、光伏高出力階段，電力系統(tǒng)無(wú)法接納全部新能源發(fā)電，造成“棄風(fēng)”“棄光”等棄電問(wèn)題?；诖?，下文將對(duì)新能源消納現(xiàn)狀與改進(jìn)措施展開詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：新能源;消納現(xiàn)狀;改進(jìn)措施

1 電力新能源的概念和特性

我國(guó)目前正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵階段，對(duì)電力能源的需求量非常大。就目前我國(guó)電力能源的發(fā)展現(xiàn)狀而言發(fā)電方式主要有：火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、核能發(fā)電等，新能源發(fā)電所占的比例不足總發(fā)電量的5%?；鹆Πl(fā)電是通過(guò)燃燒煤炭、石油等不可再生能源進(jìn)行發(fā)電，消耗的能源非常大，而且會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)節(jié)造成嚴(yán)重污染。在不可再生能源日漸枯竭的背景下，開發(fā)新能源進(jìn)行發(fā)電就顯得尤為迫切。所謂新能源指的是除了傳統(tǒng)能源之外的一切可利用和可推廣的能源。在電力系統(tǒng)新能源指的是利用相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)對(duì)可再生能源進(jìn)行開發(fā)利用，然后應(yīng)用在電力領(lǐng)域當(dāng)中，比如：水能、風(fēng)能、沼氣能、太陽(yáng)能等。而且新能源在發(fā)電應(yīng)用中，并不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境和人群造成影響。

2 新能源消納現(xiàn)狀分析

（1）高比例新能源加大電力系統(tǒng)電力平衡難度

新能源隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)，高比例新能源并網(wǎng)將導(dǎo)致發(fā)電波動(dòng)大幅增加，2019年國(guó)家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)新能源日最大功率波動(dòng)已超過(guò)1億千瓦，山東、山西、寧夏、新疆等地區(qū)日最大功率波動(dòng)已超過(guò)1000萬(wàn)千瓦。在電源跟隨負(fù)荷變化調(diào)節(jié)的運(yùn)行要求下，其他常規(guī)電源必須跟隨新能源波動(dòng)調(diào)節(jié)。然而，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以火電為主，可隨新能源波動(dòng)靈活調(diào)節(jié)的電源較少，未來(lái)高比例新能源并網(wǎng)將導(dǎo)致電力平衡非常困難。

（2）高比例新能源并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)劇增

新能源發(fā)電具有弱支撐性和低抗擾性，隨著新能源大規(guī)模接入，常規(guī)電源被大量替代，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和調(diào)頻、調(diào)壓能力持續(xù)降低，電網(wǎng)發(fā)生大范圍、寬頻帶、連鎖性故障的風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)累積。同時(shí)新能源機(jī)組有功調(diào)節(jié)能力不足，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率控制能力不斷下降。故障沖擊下，電網(wǎng)頻率跌落速度更快、幅度更大。新能源集中接入地區(qū)短路電流水平普遍較低，故障沖擊下電壓波動(dòng)大，易引發(fā)新能源連鎖脫網(wǎng)事故。此外，大量分布式新能源接入配電網(wǎng)可能引起系統(tǒng)功率失衡、線路過(guò)載、節(jié)點(diǎn)電壓超限等問(wèn)題，對(duì)供電可靠性帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。

3 新能源消納改進(jìn)措施分析

3.1 提高新能源功率預(yù)測(cè)精度

新能源出力預(yù)測(cè)技術(shù)一直是國(guó)家研究的重點(diǎn)，具有功率預(yù)測(cè)技術(shù)旨在預(yù)測(cè)新能源功率的變化，減少高波動(dòng)性對(duì)電力系統(tǒng)的影響。預(yù)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步可以改善傳統(tǒng)電力調(diào)度的方式，強(qiáng)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)效益，減輕電力系統(tǒng)在負(fù)荷高峰期的部分壓力，提高風(fēng)電效益?，F(xiàn)有的新能源出力預(yù)測(cè)技術(shù)根據(jù)預(yù)測(cè)范圍可分為用于新能源場(chǎng)站設(shè)計(jì)的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)、用于機(jī)組維護(hù)和控制策略的中期預(yù)測(cè)、用于電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的短期預(yù)測(cè)、用于機(jī)組實(shí)時(shí)控制的極短期預(yù)測(cè)。常用方法有自回歸移動(dòng)平均模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、模糊邏輯等。

3.2 加強(qiáng)新能源與靈活調(diào)節(jié)電源統(tǒng)籌規(guī)劃

一方面考慮新能源資源的差異性，進(jìn)一步開展全國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源資源勘查和評(píng)估，確保資源的精準(zhǔn)、高效利用;充分利用風(fēng)、光資源自身互補(bǔ)性，在全國(guó)范圍廣域優(yōu)化布局新能源，制定各區(qū)年度新增建設(shè)規(guī)模、裝機(jī)布局和開發(fā)時(shí)序。另一方面加強(qiáng)新能源開發(fā)與靈活調(diào)節(jié)電源的協(xié)調(diào)規(guī)劃。考慮新能源發(fā)電波動(dòng)性，在發(fā)展新能源的同時(shí)，優(yōu)化電化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能、燃?xì)怆娬镜褥`活電源規(guī)劃，支撐新能源消納能力持續(xù)提升。

3.3 先進(jìn)新能源發(fā)電技術(shù)

電源響應(yīng)解決措施主要內(nèi)容就是提高發(fā)電能量的轉(zhuǎn)換效率，而研發(fā)新技術(shù)能夠很好的滿足提高能量轉(zhuǎn)換的要求。就我國(guó)目前新能源發(fā)電而言，單機(jī)容量非常小，單次運(yùn)行投入的資金比較大，而且能源轉(zhuǎn)換為電能的效率也比較低，也是影響電力新能源安全高效利用的主要。比如：風(fēng)能發(fā)電，其原理就是把大自然中的風(fēng)能先轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備把機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)計(jì)算得出，其轉(zhuǎn)換效率只有30%～40%，而太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率更低只有10%～20%，相比而言，水能轉(zhuǎn)化效率比較高，可到80%～95%，火力發(fā)電為60%～70%。從這幾組數(shù)據(jù)中可以看出，新能源發(fā)電能量的轉(zhuǎn)化率還不足傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化的50%。就風(fēng)力發(fā)電而言，風(fēng)輪機(jī)性能在影響發(fā)電率的關(guān)鍵，所以必須引進(jìn)新技術(shù)來(lái)優(yōu)化在的風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，比如：借鑒德國(guó)風(fēng)力發(fā)電的智能葉片和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，提高風(fēng)輪機(jī)捕風(fēng)的能力，可以很大程度提高能源轉(zhuǎn)換的效率。

3.4 綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化

一般情況下，將含能源供給側(cè)、靈活調(diào)節(jié)資源以及負(fù)荷需求側(cè)整合成一個(gè)綜合能源系統(tǒng)，可以協(xié)調(diào)各種能源的發(fā)電運(yùn)行。在供電側(cè)，統(tǒng)火電、風(fēng)電、光伏、水電等多種能源形式都可為綜合能源系統(tǒng)提供電力輸入。在負(fù)荷側(cè)，大型電動(dòng)汽車可以在夜間風(fēng)力發(fā)電量大的時(shí)段進(jìn)行充電。動(dòng)態(tài)電價(jià)政策會(huì)影響用戶的用電時(shí)段，保證負(fù)荷的平穩(wěn)可控，解決負(fù)荷與新能源發(fā)電量在時(shí)間尺度方面的沖突。抽水蓄能、蓄電池、儲(chǔ)熱等靈活資源可以擴(kuò)展傳統(tǒng)能源發(fā)電的調(diào)節(jié)范圍，促進(jìn)新能源消納。綜合能源系統(tǒng)的主要任務(wù)是維持電力和熱力供需平衡，以最大限度降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本和新能源的棄電。需要根據(jù)綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行特性，建立其數(shù)學(xué)模型，并設(shè)置參數(shù)運(yùn)行范圍，將綜合能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度轉(zhuǎn)化為帶有方程和不等式約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃?？梢圆捎昧Ｗ尤簝?yōu)化、魯棒優(yōu)化、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方法進(jìn)行數(shù)學(xué)規(guī)劃，設(shè)計(jì)以提升新能源消納能力為目標(biāo)的綜合能源系統(tǒng)源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)調(diào)度策略。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)靈活性的不足是造成新能源棄電的直接原因。為了促進(jìn)新能源消納，需要提高風(fēng)電、光伏自身的功率預(yù)測(cè)和控制精度，增加更多的靈活性電源。充分利用負(fù)荷側(cè)響應(yīng)、優(yōu)化源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)調(diào)度策略是提高新能源消納的關(guān)鍵。加快新能源外送通道的建設(shè)，逐漸提高新能源外送電量，是拓展新能源消納空間的重要手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉世宇，陳俊杰.“十四五”新能源消納形勢(shì)分析與建議[J].新能源科技，2021（10）：35-37.

[2]張哲，趙建永，程晉伊.新能源消納現(xiàn)狀與改進(jìn)措施探究[J].智能城市，2021，7（20）：119-120.

[3]王偉勝.我國(guó)新能源消納面臨的挑戰(zhàn)與思考[J].電力設(shè)備管理，2021（01）：22-23.9C610F1F-4611-49BA-B2A8-AD818A229414