江西電力系統(tǒng)調(diào)峰形勢(shì)及調(diào)峰缺口測(cè)算分析

胡 晟，吳展飛，聶義民，邵尤國(guó)

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江西 南昌 330043）

0 引言

隨著江西用電負(fù)荷峰谷差的不斷增大，江西電網(wǎng)調(diào)峰壓力日益增大，與此同時(shí)，在“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展背景下，新能源的爆發(fā)式增長(zhǎng)也進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)調(diào)峰壓力，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行提出了極大考驗(yàn)，傳統(tǒng)電源調(diào)峰中存在的調(diào)峰能力不足、手段單一、運(yùn)行不靈活、方式選擇困難等問題逐步凸顯[1-2]，近年江西已采取煤電啟停機(jī)調(diào)峰、棄風(fēng)棄光等措施滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行要求，嚴(yán)峻的調(diào)峰形勢(shì)對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰能力和調(diào)峰電源的建設(shè)提出了新的要求。

文中在江西用電負(fù)荷特性及現(xiàn)狀面臨的調(diào)峰困難形勢(shì)的基礎(chǔ)上，分析了江西調(diào)峰資源發(fā)展情況，在現(xiàn)有電源建設(shè)邊界條件下，采用時(shí)序生產(chǎn)模擬技術(shù)開展“十四五”末系統(tǒng)調(diào)峰缺口以及新能源利用情況測(cè)算，為江西新能源合理規(guī)模發(fā)展及調(diào)峰資源的建設(shè)提供參考。

1 江西電網(wǎng)調(diào)峰現(xiàn)況

1.1 江西用電負(fù)荷特性

江西用電需求呈現(xiàn)夏、冬季“雙峰”形態(tài)。受亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候影響，夏、冬兩季降溫、采暖負(fù)荷需求大，且極寒極熱時(shí)段新能源出力不穩(wěn)定，全年用電最大需求出現(xiàn)在夏季或冬季，近年均實(shí)施了需求側(cè)響應(yīng)及有序用電措施[3]。江西電網(wǎng)全年最高負(fù)荷主要出現(xiàn)在夏季7、8 月份，冬季高峰主要出現(xiàn)在12 月份，全年負(fù)荷變化曲線呈現(xiàn)“W”形狀，如圖1所示。

圖1 江西電網(wǎng)年負(fù)荷特性

夏季和冬季典型負(fù)荷曲線均呈現(xiàn)午高峰和晚高峰負(fù)荷“雙高峰”負(fù)荷特性，逐漸呈現(xiàn)出“M”形狀。夏季1～4 時(shí)左右，負(fù)荷為全天負(fù)荷低谷時(shí)段，午高峰出現(xiàn)在上午11 時(shí)左右，下午4 時(shí)左右負(fù)荷開始下降，達(dá)到曲線變化的拐點(diǎn)18 時(shí)附近后開始快速上升，至21 時(shí)左右達(dá)到晚高峰。此后負(fù)荷開始逐漸下降，直至次日凌晨4 點(diǎn)達(dá)到最低值。近年來夏季逐漸呈現(xiàn)出晚高峰略大于午高峰的趨勢(shì)。冬季午高峰同夏季時(shí)間段相近，晚峰則有所提前，18 時(shí)左右達(dá)到晚高峰，此后負(fù)荷開始逐漸下降，直至次日凌晨0 點(diǎn)進(jìn)入到全天負(fù)荷低谷時(shí)段。午高峰和晚高峰負(fù)荷基本相當(dāng)。夏季典型日及冬季典型日負(fù)荷曲線如圖2 和圖3 所示。

圖2 夏季典型日負(fù)荷曲線

圖3 冬季典型日負(fù)荷曲線

根據(jù)《江西省國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，江西省目前人均用電量?jī)H為全國(guó)平均水平64%，電氣化率（電能占終端能源消費(fèi)比重）僅為18%左右，較全國(guó)平均水平低7-8個(gè)百分點(diǎn)。隨著江西工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速推進(jìn)，城鄉(xiāng)電氣化水平持續(xù)提升，人民對(duì)美好生活的追求，經(jīng)濟(jì)發(fā)展用電潛力將加快釋放，電力需求將呈剛性增長(zhǎng)。根據(jù)江西電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)“十四五”末，江西全社會(huì)用電量和最高用電負(fù)荷將分別達(dá)到2 300億kW·h和4 450萬kW。

1.2 系統(tǒng)調(diào)峰現(xiàn)況

“十二五”以來，江西最大峰谷差和平均峰谷差均呈逐年增大的趨勢(shì)，最大峰谷差由2011年515.4萬kW增加到2022 年1320 萬kW，電網(wǎng)調(diào)峰較為困難，突出表現(xiàn)在春節(jié)期間和水電大發(fā)期，江西歷年峰谷差特性如圖4 所示。未來隨著第二產(chǎn)業(yè)用電占比逐步降低，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電占比不斷提升，負(fù)荷峰谷差呈逐年加大趨勢(shì)，負(fù)荷側(cè)同樣帶來更大調(diào)峰需求。

2020 年，受新冠肺炎疫情、企業(yè)復(fù)工推遲、暖冬氣候等因素影響，江西全網(wǎng)用電負(fù)荷維持低位運(yùn)行且日峰谷差大，在凌晨、午后時(shí)段新能源大發(fā)時(shí)，電網(wǎng)調(diào)峰困難，江西電網(wǎng)火電機(jī)組出現(xiàn)了多年未遇的長(zhǎng)時(shí)間段最小開機(jī)方式，江西電網(wǎng)采取了火電機(jī)組深度調(diào)峰、啟停調(diào)峰、滾動(dòng)預(yù)測(cè)新能源功率、爭(zhēng)取跨省支援等方式滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求，保障新能源全額消納。

2021 年，特高壓交、直流的投產(chǎn)提升了江西受電能力，但給江西電網(wǎng)調(diào)峰也帶來了困難。同時(shí)，受臺(tái)風(fēng)及冷空氣影響，江西電網(wǎng)風(fēng)電出力屢創(chuàng)新高，全年出現(xiàn)少量棄風(fēng)，無棄光情況。

2022 年“五一”勞動(dòng)節(jié)期間，江西電網(wǎng)低谷時(shí)段風(fēng)電大發(fā)，出現(xiàn)了較大調(diào)峰缺口，為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，全網(wǎng)組織統(tǒng)調(diào)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施棄風(fēng)調(diào)峰；2023 年1 月春節(jié)期間，已出現(xiàn)午間部分棄光情況，日內(nèi)實(shí)際運(yùn)行過程中，為滿足調(diào)峰要求，部分電廠機(jī)組已按極限水平深度調(diào)峰，全網(wǎng)火電平均負(fù)荷率約35%。

2022 年底江西風(fēng)電、光伏裝機(jī)總規(guī)模已達(dá)到1 756 萬kW，“雙碳”形勢(shì)下，隨著江西電網(wǎng)新能源的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力日益增大，特別是低谷調(diào)峰能力將面臨嚴(yán)重不足的情況。

2 新增調(diào)峰資源能力

目前江西電力供應(yīng)以火電為主，火電裝機(jī)占比約56%，可調(diào)節(jié)水電、抽水蓄能、氣電等調(diào)峰電源比重極小，省內(nèi)水電基本已開發(fā)完畢，尤其是可調(diào)節(jié)水電基本已無增長(zhǎng)空間，加之華中地區(qū)省間互濟(jì)調(diào)峰效果不佳，導(dǎo)致省內(nèi)調(diào)峰電源發(fā)展形勢(shì)嚴(yán)峻，需要多渠道挖掘調(diào)峰資源和調(diào)峰能力。

綜上所述，DSC系統(tǒng)的不間斷工作，是為船舶安全航行提供保障，在緊急和遇險(xiǎn)的關(guān)鍵時(shí)刻能充分發(fā)揮“順風(fēng)耳”的作用，所謂“練兵千日用兵一時(shí)”，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，發(fā)信機(jī)應(yīng)急供電系統(tǒng)的有效正常起到十分顯著的作用，因此確保應(yīng)急電源的有效性顯得極其重要，希望本文的分析能為此提供參考。

2.1 煤電靈活性改造

早在2016 年6 月我國(guó)就啟動(dòng)了火電機(jī)組靈活性改造試點(diǎn)工作，涉及丹東電廠等22個(gè)項(xiàng)目（共計(jì)46臺(tái)機(jī)組，約18.18 GW），受經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和電價(jià)市場(chǎng)機(jī)制缺位的影響，改造積極性各異。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)服務(wù)新能源發(fā)展報(bào)告》，“十三五”期間國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)內(nèi)累計(jì)完成火電機(jī)組改造1.62億kW，僅完成4億kW火電機(jī)組深度調(diào)峰改造目標(biāo)的40%。

2021 年10 月，國(guó)家發(fā)改委、能源局印發(fā)《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》指出，“繼續(xù)實(shí)施煤電機(jī)組靈活性制造和靈活性改造，綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行安全性，現(xiàn)役機(jī)組靈活性改造后，最小發(fā)電出力達(dá)到30%左右額定負(fù)荷”。

“十四五”以來，江西省發(fā)布多項(xiàng)文件推進(jìn)煤電靈活性改造工作?！督魇　笆奈濉蹦茉窗l(fā)展規(guī)劃》指出，“鼓勵(lì)具備條件的現(xiàn)役和新建煤電開展深度調(diào)峰靈活性改造，鼓勵(lì)有條件的地方布局天然氣發(fā)電項(xiàng)目，推動(dòng)提升電力系統(tǒng)調(diào)峰能力”。《江西省“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》指出，“...推進(jìn)現(xiàn)役煤電機(jī)組節(jié)能改造、供熱改造、靈活性改造‘三改聯(lián)動(dòng)’，制訂我省煤電機(jī)組升級(jí)改造實(shí)施計(jì)劃”?！蛾P(guān)于加快推進(jìn)實(shí)施清潔煤電機(jī)組靈活性改造和節(jié)能降耗工作》要求，全省60 萬kW 等級(jí)及以上煤電機(jī)組必須在2023 年前達(dá)到30%額定出力的深度調(diào)峰。

2022年江西統(tǒng)調(diào)煤電規(guī)模2 426萬kW，目前江西煤電運(yùn)行控制最小技術(shù)出力約45%~50%，如圖5所示，若現(xiàn)有存量煤電靈活性改造后調(diào)峰能力達(dá)到70%左右，將釋放深度調(diào)峰能力約350萬kW。2022年及以后新增投產(chǎn)煤電70%調(diào)峰能力，結(jié)合目前江西已開展前期工作，計(jì)劃“十四五”期間投運(yùn)的潯陽電廠擴(kuò)建、上饒電廠、上高電廠和分宜電廠擴(kuò)建等煤電項(xiàng)目，預(yù)計(jì)“十四五”末江西煤電調(diào)峰能力將達(dá)到2 300萬kW左右[4-5]。

圖5 運(yùn)行控制火電機(jī)組最大、最小技術(shù)出力

2.2 抽水蓄能電站

抽水蓄能電站是穩(wěn)定的調(diào)峰電源，江西省中長(zhǎng)期抽水蓄能開發(fā)策略是積極加快推進(jìn)抽水蓄能電站建設(shè)，鼓勵(lì)電源企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)和社會(huì)資本共同投資建設(shè)抽水蓄能電站，完善抽水蓄能電站容量電費(fèi)形成機(jī)制?！督魇√歼_(dá)峰目標(biāo)下能源保障供應(yīng)實(shí)施方案》指出，“推進(jìn)奉新、洪屏二期等一批抽水蓄能電站建設(shè)和前期工作，儲(chǔ)備一批站址資源，研究水電站混合式抽水蓄能電站改造，力爭(zhēng)到“十四五”末全省核準(zhǔn)建設(shè)抽水蓄能電站4座以上，“十五五”末抽水蓄能電站在建、在運(yùn)裝機(jī)規(guī)模超過1 000萬kW”。2021年8月，國(guó)家能源局印發(fā)《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，江西省除奉新抽水蓄能外，涉及江西省“十四五”重點(diǎn)實(shí)施的抽水蓄能電站有8個(gè)，裝機(jī)容量836萬kW?！督魇　笆奈濉蹦茉窗l(fā)展規(guī)劃》指出，“推進(jìn)奉新、洪屏二期抽水蓄能電站建設(shè)，加快推進(jìn)贛縣、鉛山、遂川、永新、尋烏等抽水蓄能電站前期工作……”。目前江西奉新抽水蓄能電站和洪屏二期抽水蓄能電站均已開工建設(shè)，預(yù)計(jì)“十五五”中期建成投產(chǎn)，贛縣、鉛山、遂川、永新、尋烏等站正在開展前期工作，預(yù)計(jì)“十五五”末建成投產(chǎn)。

目前江西僅有洪屏抽水蓄能電站120 萬kW，近年抽水蓄能機(jī)組年平均抽發(fā)達(dá)到2 200 臺(tái)次左右，平均每天抽發(fā)6 臺(tái)次。從現(xiàn)有規(guī)劃和建設(shè)情況來看，“十四五”期間，江西無新增抽水蓄能電站。

2.3 新型儲(chǔ)能建設(shè)

發(fā)展新型儲(chǔ)能對(duì)提高電力供應(yīng)保障能力、促進(jìn)全省能源綠色轉(zhuǎn)型、構(gòu)建新型能源體系具有重要意義[6]。華中能源監(jiān)管局2020年發(fā)布《江西省電力輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則（試行）》，2022 年發(fā)布《江西電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則》，明確了市場(chǎng)運(yùn)行初期調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)主體，鼓勵(lì)新型儲(chǔ)能積極參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)。2022 年江西出臺(tái)了《江西省能源局關(guān)于做好新能儲(chǔ)能項(xiàng)目全過程管理工作的通知》，規(guī)范新型儲(chǔ)能項(xiàng)目全過程管理，推動(dòng)新型儲(chǔ)能規(guī)?；瘧?yīng)用。

2.4 需求側(cè)響應(yīng)

近年江西需求側(cè)響應(yīng)主要包括可中斷負(fù)荷、居民負(fù)荷和非工空調(diào)負(fù)荷（商業(yè)樓宇），綜合響應(yīng)負(fù)荷與電網(wǎng)互動(dòng)的探索成果，實(shí)際需求響應(yīng)實(shí)施負(fù)荷約2.4%，用戶主要集中在高耗能企業(yè)，幾乎全部由第二產(chǎn)業(yè)用戶貢獻(xiàn)（99.4%），其中四大高耗能行業(yè)用戶貢獻(xiàn)率為84.6%，可見需求側(cè)響應(yīng)用戶潛力與積極性尚未有效調(diào)動(dòng)[3]。

通過分析不同行業(yè)用電負(fù)荷特性、工藝流程、設(shè)備特性、調(diào)節(jié)方式等，計(jì)算不同行業(yè)的需求響應(yīng)負(fù)荷潛力，如下式（1）：

式中：Pi為特定行業(yè)的用電負(fù)荷容量，萬kW；I為行業(yè)種類數(shù)量；Ai%為特定行業(yè)的可調(diào)節(jié)比例，與用戶參與度、補(bǔ)貼激勵(lì)力度等相關(guān)。

結(jié)合不同行業(yè)用電負(fù)荷占江西省用電負(fù)荷的比例，加權(quán)求和后獲得當(dāng)前江西尖峰負(fù)荷響應(yīng)潛力值約為最大負(fù)荷的3%~6%，但大工業(yè)客戶一般24 h 三班生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的生產(chǎn)計(jì)劃，停電將產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)和信譽(yù)損失，需求響應(yīng)往往基于社會(huì)責(zé)任與義務(wù)，實(shí)際參與積極性并不樂觀。

3 系統(tǒng)調(diào)峰缺口分析

3.1 新能源發(fā)展規(guī)模

根據(jù)《國(guó)家能源局關(guān)于2023 年可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重和2024 年預(yù)期目標(biāo)征求意見的函》，江西省2023 年、2024 年非水消納責(zé)任權(quán)重最低預(yù)期目標(biāo)為14.5%、16.2%。根據(jù)《江西省“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃》以及《江西省“十四五”新能源發(fā)展規(guī)劃》明確的“十四五”新能源主要發(fā)展目標(biāo)，即“十四五”末，我省新能源發(fā)展最低目標(biāo)累計(jì)并網(wǎng)風(fēng)電700 萬kW、光伏2400 萬kW，激勵(lì)目標(biāo)累計(jì)并網(wǎng)風(fēng)電800 萬kW、光伏3000 萬kW。2025 年我省非水可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重達(dá)到17.8%左右，激勵(lì)目標(biāo)達(dá)到19.6%左右。

3.2 調(diào)峰缺口測(cè)算

根據(jù)江西“十四五”末電網(wǎng)邊界條件，對(duì)江西調(diào)峰缺口及新能源利用情況進(jìn)行模擬測(cè)算。采用基于時(shí)序生產(chǎn)模擬方法的新能源生產(chǎn)模擬模型，負(fù)荷特性及電源出力特性等約束條件參考實(shí)際運(yùn)行要求，如圖6~圖11所示。

圖6 負(fù)荷特性曲線

圖7 水電出力特性曲線

圖8 風(fēng)電出力特性曲線

圖9 光伏出力特性曲線

圖10 鄂贛聯(lián)絡(luò)線功率曲線

圖11 雅中直流輸電曲線

“十四五”末，江西部分月份存在棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，最低方案下，我省新能源利用率約96.2%，激勵(lì)方案下，新能源利用率約92.16%，全年棄電量主要集中于9、10 月份。最低目標(biāo)及激勵(lì)目標(biāo)下，全年新能源發(fā)電機(jī)及棄電量如圖12~圖15所示。

圖12 全年新能源發(fā)電量（最低目標(biāo)）

圖13 全年新能源棄電量（最低目標(biāo)）

圖14 全年新能源發(fā)電量（激勵(lì)目標(biāo)）

圖15 全年新能源棄電量（激勵(lì)目標(biāo)）

圖16 為典型日江西電網(wǎng)生產(chǎn)模擬結(jié)果，日內(nèi)風(fēng)電出力在夜晚較高，光伏出力中午最高，電網(wǎng)負(fù)荷呈現(xiàn)午高峰和晚高峰負(fù)荷“雙高峰”負(fù)荷特性。光伏棄光時(shí)段集中在10-16 h，此時(shí)段內(nèi)光伏大發(fā)，電網(wǎng)新能源消納空間壓縮，火電機(jī)組降至最低技術(shù)出力，洪屏抽水蓄能抽水用電，電網(wǎng)調(diào)峰容量裕度用盡，預(yù)計(jì)最低目標(biāo)和激勵(lì)目標(biāo)下最大調(diào)峰缺口分別約1 200萬kW和1 300萬kW，需要采取棄風(fēng)棄光措施以維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，最低目標(biāo)及激勵(lì)目標(biāo)下典型日生產(chǎn)模擬結(jié)果如圖16所示。

圖16 典型日生產(chǎn)模擬結(jié)果最低目標(biāo)（左）激勵(lì)目標(biāo)（右）

4 結(jié)語

文中介紹了江西電網(wǎng)負(fù)荷特性以及現(xiàn)狀存在的調(diào)峰困難形勢(shì)，并對(duì)當(dāng)前江西主要的調(diào)峰資源發(fā)展情況進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，采用時(shí)序生產(chǎn)模擬技術(shù)開展“十四五”末江西新能源發(fā)展最低目標(biāo)及激勵(lì)目標(biāo)規(guī)模下的系統(tǒng)調(diào)峰缺口及新能源利用情況測(cè)算，基本能夠達(dá)到合理利用率。

基于“十四五”末江西電力系統(tǒng)調(diào)峰形勢(shì)，建議加快推進(jìn)調(diào)峰資源的落實(shí)，包括煤電靈活性改造、新型儲(chǔ)能應(yīng)用等措施，提高系統(tǒng)調(diào)峰能力以適應(yīng)新能源激勵(lì)目標(biāo)發(fā)展適應(yīng)性。同時(shí)，加快推進(jìn)省內(nèi)抽水蓄能電站的建設(shè)投產(chǎn)，更好地滿足“十五五”及遠(yuǎn)期系統(tǒng)調(diào)峰需求。