構建新能源供給消納體系
——訪國網經濟技術研究院有限公司執(zhí)行董事、黨委書記郭銘群

■本刊記者 余璇/ 編輯 白歌

“十四五”時期是碳達峰的關鍵期、窗口期，能源發(fā)展轉型任務緊迫?！丁笆奈濉爆F代能源體系規(guī)劃》的出臺為“十四五”時期能源發(fā)展指明了方向。針對其中提出的“規(guī)劃建設以大型風光電基地為基礎、以其周邊清潔高效先進節(jié)能的煤電為支撐、以穩(wěn)定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源供給消納體系”，記者專訪了國網經濟技術研究院有限公司執(zhí)行董事、黨委書記郭銘群。

《中國電業(yè)與能源》：現階段我國提出構建新能源供給消納體系，意義何在？

郭銘群：為應對日益復雜的國際形勢和日益嚴峻的氣候變化挑戰(zhàn)，2020年9月，我國正式提出碳達峰碳中和戰(zhàn)略目標；2021年3月，中央財經委員會第九次會議上明確了“構建清潔低碳安全高效的能源體系”重點任務；2021年10 月，國務院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》提出構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統，推動電力資源大范圍優(yōu)化配置。

加快構建清潔低碳安全高效的能源體系是保障國家能源安全，如期實現碳達峰碳中和目標的內在要求。2022 年1 月，習近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學習時，首次明確提出“要加大力度規(guī)劃建設以大型風光電基地為基礎、以其周邊清潔高效先進節(jié)能的煤電為支撐、以穩(wěn)定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源供給消納體系”。“大型風光電基地”“煤電”“特高壓輸變電線路”三要素相輔相成、缺一不可，新能源供給消納體系的提出對于推進我國能源清潔低碳轉型、構建新型電力系統意義重大。

一是大型風光基地集中式開發(fā)外送、分布式新能源、海上風電成為我國新能源開發(fā)利用的主要方式。結合我國風能、太陽能資源稟賦，2030年前我國新能源發(fā)展格局將表現為在西部北部地區(qū)進行新能源大規(guī)模集約化開發(fā)及外送，中東部就近分布式開發(fā)利用，沿海地區(qū)海上風電基地化開發(fā)。其中，我國西部北部地區(qū)面積遼闊，新能源資源蘊藏總量巨大，便于風電和光伏的集約化開發(fā)、大規(guī)模利用。今年全國兩會期間，我國政府宣布將在西北戈壁沙漠上建設4.5 億千瓦總裝機的風電與光伏發(fā)電基地，大力推動能源供給側清潔化。

二是煤電發(fā)揮的電量作用逐漸弱化，定位逐步向以電力保障和調節(jié)支撐為主轉變。在新能源消納供給體系中，新能源發(fā)電承擔更高比例的電量作用，但發(fā)電具有隨機性、間歇性、不確定性，在負荷高峰時段對電力保障貢獻度較低?，F階段我國電力系統仍是以慣量為主導的同步穩(wěn)定系統，堅持能源供給體系“先立后破”，煤電將繼續(xù)發(fā)揮電力保障作用，扮演支撐系統安全穩(wěn)定的“壓艙石”。配置一定規(guī)模煤電，對于實現大型風光基地的安全、可靠外送電力不可或缺。

三是現階段優(yōu)先圍繞“資源優(yōu)、電網強、距離近”的新能源基地進行開發(fā)外送，通過特高壓跨區(qū)輸電通道實現大范圍資源優(yōu)化配置。我國陸上優(yōu)質新能源資源大部分分布在西部北部地區(qū)，電力就地消納空間有限，新能源基地距離中東部負荷中心超過1000 千米，采用特高壓輸電技術向中東部地區(qū)送電，可實現經濟高效的大范圍資源優(yōu)化配置?，F階段將主要利用電網支撐、煤電建設、交通運輸等條件較好的風光電基地，充分利用現有輸電通道“打捆”送出，再根據需要新增一部分輸電通道，將風電光伏基地清潔電力向中東部地區(qū)輸送。

《中國電業(yè)與能源》：目前我國新能源發(fā)展和消納的現狀和特點是怎樣的？

郭銘群：一是近年來我國新能源發(fā)展迅速，超預期實現國家發(fā)展目標。“十三五”以來，我國新能源裝機規(guī)模持續(xù)快速增加，由2016 年的2.2 億千瓦增加到2020 年的5.4 億千瓦。“十三五”電力規(guī)劃提出，2020 年全國新能源裝機規(guī)模為3.2 億千瓦，2020年底實際裝機規(guī)模是國家規(guī)劃目標的1.7倍。新能源發(fā)電量占比也由2016 年的5.1%提高為2020年的9.5%。

二是新能源消納整體向好，局部仍存在消納壓力。新能源發(fā)電具有波動性和反調峰特性，天然存在消納難題?！笆濉背跗?，國家相繼出臺了風電和光伏監(jiān)測預警等一系列管理措施，綜合施策引導新能源科學有序發(fā)展；國家電網有限公司也通過加快輸電通道和電網調峰能力建設、加強全網統一調度、促進跨省區(qū)交易等，多措并舉促進新能源消納。總體來看，近年來新能源消納情況整體向好，部分省份由于新能源裝機占比較高或短期內增速過快，新能源消納仍局部存在壓力。

三是跨區(qū)輸電通道新能源電量占比逐年增加?！笆濉币詠?，國家電網經營區(qū)內的在運特高壓直流輸電線路由5 回增加至14 回，直流容量由3760 萬千瓦增長至11960 萬千瓦，跨區(qū)特高壓直流線路的新能源輸電總量由2016 年的77 億千瓦時提高到623 億千瓦時，占“三北”地區(qū)新能源總發(fā)電量約11%，跨省區(qū)輸電對促進新能源消納發(fā)揮了重要作用。

《中國電業(yè)與能源》：建設新能源供給消納體系面臨什么樣的形勢和挑戰(zhàn)？

郭銘群：在實現碳達峰碳中和目標和推動能源結構清潔低碳轉型的路徑中，新能源供給消納體系構建面臨如下形勢和挑戰(zhàn)：

一是中東部地區(qū)電力保供壓力持續(xù)存在。近幾年全國范圍內煤電裝機增速放緩，電力供需形勢逐年偏緊。以輸送新能源為主的輸電通道，由于新能源“靠天吃飯”的發(fā)電特性，保供能力與輸送常規(guī)電源的通道相比有所降低。以單回±800 千伏、800 萬千瓦的直流輸電線路配套1000 萬千瓦新能源裝機、400 萬千瓦煤電裝機、200 萬千瓦儲能設施為例，在新能源發(fā)電條件較差的冬季保供期，向受端晚高峰時刻僅可提供直流容量50%～60%的可保障電力支撐。

二是電網特性和運行機理發(fā)生變化，給電力系統安全運行帶來新的考驗和挑戰(zhàn)。隨著大型風光電基地開發(fā)外送、分布式新能源、海上風電并舉發(fā)展，以及電力系統中大規(guī)模直流接入，電力系統“雙高”特征愈發(fā)顯著，交直流耦合日趨緊密。在此趨勢下，直流故障易引發(fā)系統內大范圍的電壓、頻率穩(wěn)定問題，電力系統動態(tài)調節(jié)能力將逐漸吃緊，受端電網“強直弱交”、支撐電源“空心化”的問題難以避免，電網安全面臨巨大挑戰(zhàn)。

三是新能源占比不斷提升對系統調節(jié)和支撐能力提出更高要求。隨著西部北部大型風光電基地以及海上風電基地化開發(fā)規(guī)模和范圍不斷擴大，新能源外送將面對源網支撐能力下降、直流調節(jié)需求提升、電網孤島運行等挑戰(zhàn)。對于新能源比例進一步提升以及純新能源外送場景，電網需要適應更大范圍的功率、頻率、電壓波動，系統內的存量調節(jié)能力難以滿足需求，需要源網荷儲各主體充分釋放調節(jié)能力。

四是新能源消納機制需要適應完善?？鐓^(qū)送受電方面，目前在運直流輸電線路受到短期供需形勢、地方利益、價格水平等因素影響，“高峰不給、低谷不要”情況時有發(fā)生，通道利用率不高、送端棄電、受端缺電問題并存。新能源本地消納方面，電源輔助調節(jié)機制、省間調峰補償機制、本地及跨省需求側響應支援機制等均需要相適應完善。

《中國電業(yè)與能源》：您對新能源供給消納體系建設有何建議？

郭銘群：為推進新能源供給消納體系建設，需要從源側互補、通道建設、電網支撐、技術創(chuàng)新、保障機制等幾個方面共同發(fā)力。

一是立足多能互補，合理優(yōu)化配置電源，充分發(fā)揮“風光火儲”一體化綜合效益。習近平總書記對新能源供給消納體系中新能源發(fā)電和傳統煤電的定位給出了明確論述。構建安全可靠、高效集約的大型風光電基地跨區(qū)輸電通道，宜立足配套電源本身，輸送高比例新能源電量，以煤電為支撐，在此基礎上科學合理配置儲能，在有條件的區(qū)域建設光熱發(fā)電、壓縮空氣儲能、長周期儲能等靈活調節(jié)電源，通過合理配置風、光、火、儲，形成具有較高送電可靠性的互補送電單元。在基地開發(fā)模式上，可優(yōu)先考慮采用“一體化”業(yè)主開發(fā)模式，保證電源項目的運行經濟性。

二是充分利用存量、科學謀劃增量，推動源網協調、國土銜接。在跨區(qū)通道建設上，宜按照用好存量、科學布局增量的原則，分析與基地開發(fā)的匹配性，合理優(yōu)化存量通道電源配置，高質量推動國家規(guī)劃的“三交九直”等跨區(qū)輸電通道建設。新能源的開發(fā)與建設要遵從規(guī)劃，配套常規(guī)電源與直流通道落實“同步規(guī)劃、同步建設、同步投產”，確保網源協調。提前開展國土空間資源統籌規(guī)劃銜接，做好新能源基地、煤電廠址和換流站站址的布局，避免線路廊道過度密集，確保直流可靠供電和系統安全運行。

三是持續(xù)優(yōu)化電網格局，為大規(guī)模電力輸送消納提供平臺支撐。統籌安全與發(fā)展，深入論證大型風光電基地送受端電網格局，必要時加強區(qū)域電網互聯，擴大電網規(guī)模、提高支撐能力，打造適應高比例新能源匯集接入、多直流饋入的堅強電網平臺，全力提升大電網安全水平，充分發(fā)揮電網平臺的調節(jié)支撐和電力輸送作用，實現能源資源優(yōu)化配置，確保電力安全可靠供應。

四是積極推動全環(huán)節(jié)技術創(chuàng)新與示范應用。積極推動發(fā)—輸—儲—用全環(huán)節(jié)技術創(chuàng)新，大力推進新能源并網能力提升、清潔煤電深度調節(jié)、特高壓柔性直流、大容量低成本新型儲能、用戶側需求響應等關鍵技術研發(fā)。在規(guī)劃跨區(qū)直流通道中選擇一至兩回，開展以輸送新能源為主的特高壓輸電工程示范，在技術和裝備方面取得突破，推進新模式、新機制、新技術的示范應用。

五是綜合制定政策支撐和市場保障機制。完善電力系統調節(jié)輔助服務市場機制，明確各類主體權責，有效疏導分攤基地開發(fā)、建設及運營成本。建立適應新能源供給消納體系的新能源消納和外送通道利用效率考核機制，促進基地可持續(xù)發(fā)展。

《中國電業(yè)與能源》：新型儲能發(fā)展又將如何為新能源供給消納體系建設提供重要支撐？

郭銘群：實現中長期“雙碳”發(fā)展目標，構建新能源供給消納體系，儲能設備在系統調節(jié)和支撐方面具有廣大的潛力空間。

一是可提升新能源利用率，提高新能源電量占比。在“火+風+光”配套電源的基礎上配置一定規(guī)模的儲能，發(fā)揮儲能“削峰填谷”作用，將新能源大發(fā)、系統電力富余時段吸收的功率，轉移至新能源小發(fā)、系統所需時段釋放，促進新能源消納利用。

二是可提升輸電通道可靠送電能力，保障受端高峰時刻用電。儲能設施相當于系統中的“充電寶”，為跨區(qū)輸電通道起到“蓄水池”作用，比如100萬千瓦儲能設施（滿充放時長4 小時），在儲滿電情況下可發(fā)揮100萬千瓦、4小時或50萬千瓦、8小時的頂峰電力支撐作用。

三是長周期儲能設施、儲能設施調頻調壓技術具有較大應用需求。研究長周期儲能設施技術適用性，有助于提升系統調節(jié)能力和新能源的利用效率效益?；趦δ茉O施的功率靈活調節(jié)特性進行調頻、調壓，可實現對于常規(guī)電源的部分替代作用，有助于大型風光電基地高質量開發(fā)利用。

《中國電業(yè)與能源》：構建新能源供給消納體系不可能一蹴而就，期間電力安全穩(wěn)定供應如何保障？

郭銘群：在新能源供給消納體系構建過程中，隨著直流輸電線路和新能源快速發(fā)展，跨區(qū)輸電通道的功能定位逐步向輸送清潔低碳電量為主轉變，電力系統穩(wěn)定出現新特征。要堅守安全底線，通過源、網、荷、儲統籌發(fā)力、多措并舉，綜合提升電力系統安全和保供能力。

近期來看，一是加強受端支撐性煤電建設，發(fā)展分布式新能源，綜合優(yōu)化電力供給結構。在受端電網本地建設支撐性煤電，保證冬夏供電高峰期的電力供應，因地制宜發(fā)展分布式光伏、分散式風電和海上風電，有序推進水電、核電建設，實現本地能源電力供給結構優(yōu)化。二是持續(xù)優(yōu)化送受端電網結構，承載大規(guī)模直流通道送出與接入。優(yōu)化完善區(qū)域主網架結構，加強區(qū)域及省間電網聯絡，合理分組直流，提高電力系統事故支援和潮流轉移能力，支撐跨區(qū)直流安全、高效運行。三是推動需求側響應能力建設，發(fā)掘系統負荷側調節(jié)潛力。將需求側可調節(jié)資源納入電力電量平衡，發(fā)揮需求側資源削峰填谷、促進電力供需平衡和適應新能源電力運行的作用，通過多種方式挖掘各類需求側資源并組織其參與需求響應。四是推動系統抽水蓄能、新型儲能等靈活調節(jié)能力建設。積極推動新型儲能技術研發(fā)及工程應用，推動多能互補和源網荷儲一體化開發(fā)利用模式與示范工程，探索建立送受端跨區(qū)域靈活調節(jié)資源互濟模式和調度機制。

遠期來看，后續(xù)大型風光基地外送通道配套新能源比例逐步提升，送端暫態(tài)過電壓和新能源引發(fā)的寬頻振蕩等問題，受端直流多饋入短路比不足、暫態(tài)電壓穩(wěn)定等問題，直流對故障的傳導和放大導致的連鎖故障問題，均威脅電力系統安全運行。為適應新能源發(fā)展和電力系統運行面臨的新形勢，一是提升新能源機組并網友好性。通過優(yōu)化新能源機組控制策略、挖掘新能源機組調峰調頻能力、提高新能源機組并網穩(wěn)定性，推動新能源發(fā)電在電力系統中逐漸承擔重要作用。二是推進新型換流器技術、柔性直流輸電技術應用。電力系統“雙高”特征不斷凸顯趨勢下，送端系統對直流支撐不足，受端系統直流承載能力受限。在弱交流系統和孤島方式下，融合了常規(guī)直流輸電技術和STATCOM 的新型換流器技術，具有無功調節(jié)靈活、振蕩風險低、占地面積小、造價低等優(yōu)勢。在未來新能源供給消納體系中，新型換流器技術以及柔性輸電技術將展現出更大的技術適用性。三是進一步拓寬電力需求側響應的實施范圍。目前我國需求側靈活調節(jié)潛力釋放有限，未來還需進一步通過市場信號促進需求響應與新能源消納有機融合，引導電動汽車、制氫等可削減、可轉移的靈活負荷參與電力供給調節(jié)，共同構建健康良好的新能源供給消納體系?！?/p>