淺談阿勒泰地區(qū)新能源消納方式

孫慶宇，程光，張東，王強(qiáng)，于國康

（1.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830002；2.國網(wǎng)新疆電力有限公司阿勒泰供電公司，新疆 阿勒泰 836599；3.國網(wǎng)新疆電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

隨著大力開發(fā)風(fēng)電，阿勒泰地區(qū)電源增長(zhǎng)將大于負(fù)荷增長(zhǎng)及電力送出能力。在“十四五”期間，阿勒泰地區(qū)電量大量富裕，但阿勒泰電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)系較弱，聯(lián)絡(luò)斷面送電能力有限，無法滿足阿勒泰地區(qū)富裕電力外送，窩電、棄風(fēng)問題嚴(yán)重，制約阿勒泰地區(qū)風(fēng)電的大力開發(fā)利用。因此，針對(duì)阿勒泰電網(wǎng)新能源供給過剩、窩電、棄電問題，參考國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和已有做法，從不同技術(shù)角度深入分析阿勒泰地區(qū)新能源消納問題。

1 新疆新能源消納研究現(xiàn)狀

1.1 新疆新能源消納面臨的問題

目前，新疆電網(wǎng)新能源仍位于橙色警戒區(qū)域，棄電率居高不下，新能源發(fā)展主要面臨兩個(gè)問題：一是電網(wǎng)消納能力不足。目前新疆各類電源裝機(jī)總量約為全網(wǎng)最大負(fù)荷的3 倍，新能源消納空間嚴(yán)重不足。除部分自備發(fā)電企業(yè)以新能源替代交易的方式參與新能源消納外，其他自營(yíng)電網(wǎng)基本未參與新能源消納，新能源消納范圍有限。二是電網(wǎng)調(diào)峰困難新能源棄電嚴(yán)重。目前新疆供熱機(jī)組占火電機(jī)組的95%，且新疆冬季供暖期長(zhǎng)達(dá)6 個(gè)月。自備電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰消納的新能源份額較少、自營(yíng)電網(wǎng)基本不參與調(diào)峰和消納新能源，電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)電源不足。

1.2 新疆新能源消納常用的策略

（1）挖掘內(nèi)部新能源消納潛力。一是建立合理的新能源調(diào)峰交易機(jī)制。通過設(shè)立電力交易中心與新能源企業(yè)簽訂協(xié)議開展調(diào)峰交易，擴(kuò)大新能源企業(yè)參與調(diào)峰交易的范圍，有效緩解了這些企業(yè)的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。同時(shí)，隨著“電力援疆+市場(chǎng)化”的不斷推進(jìn)，新疆電網(wǎng)不斷擴(kuò)大新能源發(fā)電外送范圍、提升新能源組織和外送能力，并積極推動(dòng)新能源發(fā)電場(chǎng)站和傳統(tǒng)燃煤電廠進(jìn)行替代交易，進(jìn)一步有效降低了新能源的棄電率。二是實(shí)施新能源對(duì)傳統(tǒng)能源的代替?！笆濉币詠?，新疆自治區(qū)通過“電氣化新疆”政策，積極推進(jìn)疆內(nèi)部分城市和不同領(lǐng)域開展電能替代業(yè)務(wù)、建立電能替代示范工程，不斷提高工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中電能的使用率，也為就地消納提供了實(shí)施可能和工作思路。三是激勵(lì)綠色電力消費(fèi)。目前新疆電網(wǎng)一方面采用“電采暖消納新能源”以及“新能源電廠替代自備火電發(fā)電權(quán)交易”等相關(guān)措施，另一方面，對(duì)自備電廠進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范的運(yùn)行管理制度，完成火電機(jī)組的靈活性改造，最終使電網(wǎng)調(diào)峰能力得到加強(qiáng)，為新能源發(fā)展創(chuàng)造了更多消納利用空間。此外，新疆還積極推動(dòng)包括出租車、公交車和私家車在內(nèi)的電動(dòng)汽車普及及其充電樁/站建設(shè)，鼓勵(lì)采用新能源進(jìn)行照明和采暖，在實(shí)現(xiàn)電能消費(fèi)的綠色化的同時(shí)，也促進(jìn)了新能源的消納。

（2）推進(jìn)輸電網(wǎng)架建設(shè)與電量外送。當(dāng)前新疆棄風(fēng)棄光較為嚴(yán)重，最主要的原因是每年包括新能源在內(nèi)的各類電源的發(fā)電量遠(yuǎn)大于本地的用電量。將盈余電量進(jìn)行外送，不僅會(huì)有效降低新能源棄電量，而且也能夠有力推動(dòng)新疆經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。因此，組織疆內(nèi)新能源通過特高壓直流和超高壓交流外送通道送出，是促進(jìn)新疆新能源消納的主要方式之一。

（3）實(shí)施新能源優(yōu)化調(diào)度。目前新能源在規(guī)劃和項(xiàng)目方面存在較大結(jié)構(gòu)性矛盾，導(dǎo)致新能源并網(wǎng)裝機(jī)較大時(shí)電網(wǎng)調(diào)峰出現(xiàn)較大困難，同時(shí)政府層面也缺乏類似補(bǔ)貼機(jī)制的相關(guān)激勵(lì)政策，這使得傳統(tǒng)火電企業(yè)在主動(dòng)為新能源進(jìn)行調(diào)峰時(shí)缺乏積極性。隨著新能源裝機(jī)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)的調(diào)峰能力受限將更加嚴(yán)重。為了保證新能源調(diào)峰的靈活性和有效性，可以建立消納新能源優(yōu)先調(diào)度方案，完善調(diào)峰輔助服務(wù)機(jī)制。

2 阿勒泰地區(qū)新能源發(fā)展情況

2.1 阿勒泰地區(qū)新能源裝機(jī)情況

截至2019年年底，阿勒泰電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)141.41 萬kW，占44.98%，加上少量光伏裝機(jī)后，新能源裝機(jī)幾乎占據(jù)了阿勒泰地區(qū)各類電源裝機(jī)總量的一半，由此帶來的問題便是新能源消納所面臨的巨大壓力。

2.2 阿勒泰地區(qū)新能源出力特性

由于風(fēng)電占阿勒泰地區(qū)電源裝機(jī)占比較大，考慮到風(fēng)電的出力特性，所以當(dāng)風(fēng)電大發(fā)時(shí)，阿勒泰地區(qū)用電負(fù)荷僅通過風(fēng)電就能夠?qū)崿F(xiàn)滿足，當(dāng)風(fēng)電出力較小時(shí)，電網(wǎng)所需要的電力主要通過水電出力和從主網(wǎng)下網(wǎng)來滿足。在這種情況下，阿勒泰地區(qū)的電源發(fā)電安排就需要考慮不同的電源出力場(chǎng)景。阿勒泰地區(qū)每年夏季為來水高峰期，約占全年來水總量的3/4，其他時(shí)間為枯水期，且所建設(shè)的水電站均為徑流式，不具備可調(diào)節(jié)性。因此，受新能源和水電出力特性影響，阿勒泰地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)整難度較大。

2.3 阿勒泰地區(qū)新能源發(fā)展存在的問題

（1）新能源裝機(jī)規(guī)模不斷增大，而負(fù)荷增速緩慢，受風(fēng)電出力特點(diǎn)影響，阿勒泰地區(qū)電力盈余具有間歇性和季節(jié)性，夏季電力盈余較大，塔額盆地區(qū)域無穩(wěn)定電源裝機(jī)，下網(wǎng)電量取決于新能源發(fā)電情況。

（2）阿勒泰電網(wǎng)處于新疆電網(wǎng)最北部，220kV 電網(wǎng)較薄弱，線路距離長(zhǎng)，穩(wěn)定極限低。阿勒泰750kV 輸變電工程的建成后，阿勒泰電網(wǎng)外送通道輸電能力雖有所提升，但受上一級(jí)斷面穩(wěn)定極限限制，阿勒泰地區(qū)大量盈余電力無法全部送向主網(wǎng)，制約了地區(qū)新能源電力的開發(fā)。

3 阿勒泰地區(qū)新能源消納方式分析

通過上述對(duì)目前新能源消納主要方式、影響因素和新疆新能源消納常用措施的分析，根據(jù)阿勒泰地區(qū)新能源資源特性和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合自治區(qū)和阿勒泰地區(qū)政府相關(guān)政策，未來阿勒泰地區(qū)新能源消納可以采用以下幾種方式。

3.1 多能互補(bǔ)方案

阿勒泰地區(qū)有著豐富的水利資源和風(fēng)能、光伏資源，具備開發(fā)清潔能源的大力開發(fā)，同時(shí)具備開發(fā)一定火電裝機(jī)，可參與全疆能源配置。清潔能源（水火風(fēng)光多能互補(bǔ)）市場(chǎng)化消納機(jī)制重點(diǎn)是構(gòu)建電力中長(zhǎng)期交易加適時(shí)開展現(xiàn)貨交易模式試點(diǎn)，通過引進(jìn)清潔能源友好型的可中斷負(fù)荷，以其新增可中斷用電負(fù)荷全電量中的80%以上部分通過中長(zhǎng)期雙邊交易為主要消納方式，剩余20%及以下電量部分用于參與日前現(xiàn)貨交易初級(jí)階段試點(diǎn)模式，用以消納清潔能源棄電量，降低阿勒泰地區(qū)棄電規(guī)模，實(shí)現(xiàn)棄電量和棄電率的實(shí)質(zhì)性降低。

3.2 清潔供暖方案

在電采暖同時(shí)蓄熱方式下，阿勒泰市區(qū)2020年電采暖負(fù)荷將達(dá)到約184.8 兆瓦，清潔能源年替代電量2.33 億千瓦時(shí)；在電采暖分三批蓄熱方式下，阿勒泰市區(qū)2020年電采暖負(fù)荷達(dá)到61.6 兆瓦，清潔能源年替代電量2.33 億千瓦時(shí)。進(jìn)入“十四五”以后，隨著阿勒泰市區(qū)電采暖負(fù)荷進(jìn)一步增大，清潔能源年替代電量也將得到明顯提升，其中新能源所占比重也將不斷增大。

3.3 需求響應(yīng)方案

對(duì)于需求響應(yīng)參與新能源消納來說，其核心是建立基于需求響應(yīng)的新能源消納經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。該經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型在不同工況和場(chǎng)景下的運(yùn)行，可以很好地應(yīng)對(duì)新能源出力波動(dòng)性和不確定性問題，滿足系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻需求，有效緩解新能源棄電問題，同時(shí)，還可以提高新能源場(chǎng)站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3.4 電力儲(chǔ)能方案

通過充分利用新能源棄電，一方面，可以有效促進(jìn)新能源電量的消納，在一定程度上避免棄電的產(chǎn)生；另一方面，也能減少新能源接入主網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響。此外，在新能源場(chǎng)站附近建設(shè)儲(chǔ)能電站，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)新能源場(chǎng)站和儲(chǔ)能電站的良好運(yùn)營(yíng)和電網(wǎng)公司的優(yōu)化調(diào)度，滿足各方需求，最終達(dá)到一個(gè)多方共贏的結(jié)果，進(jìn)一步促進(jìn)阿勒泰新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.5 電力外送方案

750kV 主網(wǎng)架延伸至阿勒泰地區(qū)后，該地區(qū)富裕電力通過750kV 線路送出，送電能力約為3000MW，較投運(yùn)前220kW網(wǎng)架提升2200MW。但上一級(jí)塔城-五家渠斷面受同桿問題影響，輸電能力有限，成為阿勒泰地區(qū)新能源送出新的“卡脖子”問題。因此，后續(xù)仍需要考慮進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)北疆三地市送出斷面。

4 結(jié)語

通過分析國內(nèi)外新能源消納途徑以及新疆新能源消納的制約因素和所采取的措施，結(jié)合阿勒泰地區(qū)能源結(jié)構(gòu)、電源裝機(jī)和網(wǎng)架現(xiàn)狀，系統(tǒng)研究了阿勒泰地區(qū)新能源消納可以實(shí)施的技術(shù)方案，給出了內(nèi)部消納潛力挖掘、電力外送和配置儲(chǔ)能裝置等幾種新能源優(yōu)化消納的有效實(shí)施途徑，為后續(xù)阿勒泰地區(qū)新能源電量消納和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)和決策參考。