舒印彪等：新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究

政府工作報(bào)告提出：“抓緊解決機(jī)制和技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)先保障可再生能源發(fā)電上網(wǎng)，有效緩解棄水、棄風(fēng)、棄光狀況。”針對(duì)這一問(wèn)題我們分享這篇文章，不代表我們的觀點(diǎn)。

舒印彪1, 張智剛1, 郭劍波2, 張正陵1

1．國(guó)家電網(wǎng)公司,北京市 西城區(qū) 100031

2．中國(guó)電力科學(xué)研究院,北京市 海淀區(qū) 100192

舒印彪(1958),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事特高壓關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和工程建設(shè)、新能源發(fā)展研究、電力規(guī)劃運(yùn)行管理等工作;

張智剛(1964),男,高級(jí)工程師,主要從事電力運(yùn)行及管理工作;

郭劍波(1960),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事電力規(guī)劃、運(yùn)行研究工作。

張正陵(1963),男,高級(jí)工程師,主要從事電力規(guī)劃及管理工作。

文章編號(hào): 0258-8013(2017)01-0001-08 中圖分類號(hào): TM614

摘要

近年來(lái),我國(guó)新能源快速發(fā)展,取得了舉世矚目的發(fā)展成績(jī),同時(shí)也出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光問(wèn)題。該文在總結(jié)我國(guó)新能源消納現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,剖析了產(chǎn)生新能源消納問(wèn)題的機(jī)理,進(jìn)而指出影響我國(guó)新能源棄風(fēng)、棄光問(wèn)題的關(guān)鍵因素。從靈活調(diào)節(jié)電源建設(shè)、火電機(jī)組改造、電網(wǎng)互聯(lián)互通以及需求側(cè)響應(yīng)等多方面,系統(tǒng)性地提出了解決我國(guó)新能源消納問(wèn)題的措施,并通過(guò)生產(chǎn)模擬進(jìn)行了場(chǎng)景驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞 : 新能源; 消納; 棄風(fēng); 棄光;

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.162555

0 引言

能源是經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),是人類生產(chǎn)與生活不可缺少的動(dòng)力保障。隨著能源安全、生態(tài)環(huán)境、氣候變化等問(wèn)題日益突出,加快發(fā)展新能源已成為國(guó)際社會(huì)推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展、應(yīng)對(duì)全球氣候變化的普遍共識(shí)和一致行動(dòng)[1-3]。

我國(guó)積極推動(dòng)新能源發(fā)展,“十二五”末,我國(guó)新能源累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到171.48GW,居世界第一位。風(fēng)、光等新能源出力具有隨機(jī)性和波動(dòng)性,大規(guī)模消納一直是世界性難題。由于我國(guó)的資源稟賦特點(diǎn)、電力系統(tǒng)條件和市場(chǎng)機(jī)制問(wèn)題,消納新能源面臨更大挑戰(zhàn)。隨著新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā),我國(guó)局部地區(qū)消納矛盾逐漸凸顯,出現(xiàn)了棄風(fēng)、棄光問(wèn)題,引起社會(huì)各界的關(guān)注。2015年全國(guó)新能源消納電量223TW•h,棄風(fēng)、棄光總量39TW•h,雙雙不斷攀升。

本文在分析我國(guó)新能源并網(wǎng)和消納基本情況的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)性闡述了產(chǎn)生棄風(fēng)、棄光問(wèn)題的根源,提出了解決新能源消納問(wèn)題的措施與方法,對(duì)于推動(dòng)我國(guó)新能源更好更快發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

1 我國(guó)新能源消納現(xiàn)狀

近年來(lái),我國(guó)新能源并網(wǎng)裝機(jī)和消納總量高速增長(zhǎng)。截至2015年底,我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到128.30GW,“十二五”期間年均增長(zhǎng)34%;太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量43.18GW,“十二五”期間年均增長(zhǎng)119%。其中,國(guó)家電網(wǎng)公司調(diào)度范圍風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到116.64GW,占全國(guó)的91%;太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到39.73GW,占全國(guó)的92%。國(guó)家電網(wǎng)已成為世界上接入新能源容量最大的電網(wǎng)。“十二五”期間我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電逐年裝機(jī)容量如圖1所示。

2015年,全國(guó)風(fēng)電發(fā)電量185.1TW•h,“十二五”年均增長(zhǎng)30%;太陽(yáng)能發(fā)電量38.3TW•h,“十二五”年均增長(zhǎng)219%,風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電量增速比同期全國(guó)發(fā)電量增速高出28.7個(gè)百分點(diǎn)。風(fēng)電發(fā)電量占全部發(fā)電量的比例由2010年0.7%提高到2015年3.23%,太陽(yáng)能發(fā)電量占比由0.003%提高到0.688%。“十二五”期間風(fēng)電和太陽(yáng)能電量增長(zhǎng)如圖2所示。

圖2 我國(guó)風(fēng)電和太陽(yáng)能逐年發(fā)電量

從新能源裝機(jī)容量與最大負(fù)荷的比值(即新能源滲透率)來(lái)看,我國(guó)為22%,高于美國(guó)(10%),低于丹麥(93%)、西班牙(78%)和葡萄牙(63%),處于中等水平。總體來(lái)看,我國(guó)新能源發(fā)展取得了舉世矚目的成績(jī),裝機(jī)總量已居世界第一,消納總量實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。但在新能源整體滲透率并不突出的情況下,棄風(fēng)、棄光電量不斷增加,引起社會(huì)廣泛關(guān)注,成為學(xué)界研究的焦點(diǎn)問(wèn)題。如何減少棄風(fēng)、棄光,需要結(jié)合我國(guó)實(shí)際,從機(jī)理上深入探討,分析問(wèn)題產(chǎn)生的根源,找出科學(xué)的解決途徑。

2 新能源消納問(wèn)題機(jī)理分析

2.1 新能源參與下的時(shí)變電力系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)問(wèn)題

電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用同時(shí)完成,電力負(fù)荷呈現(xiàn)明顯的時(shí)變特點(diǎn),目前我國(guó)區(qū)域電網(wǎng)峰谷差已達(dá)30%左右,并呈逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)。系統(tǒng)平衡的原則是調(diào)節(jié)常規(guī)電源出力跟蹤負(fù)荷變化,保持動(dòng)態(tài)平衡[4]。電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)基本條件是系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力必須大于負(fù)荷的變化。

由于風(fēng)、光的資源特性,新能源出力存在隨機(jī)性和波動(dòng)性。風(fēng)電日波動(dòng)最大幅度可達(dá)裝機(jī)容量的80%,且呈現(xiàn)一定的反調(diào)峰特性,如圖3所示。光伏發(fā)電受晝夜變化、天氣變化、移動(dòng)云層的影響,同樣存在間歇性和波動(dòng)性。

新能源高比例接入電力系統(tǒng)后,增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的負(fù)擔(dān),常規(guī)電源不僅要跟隨負(fù)荷變化,還需要平衡新能源的出力波動(dòng)[5-6]。新能源出力超過(guò)系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍時(shí),必須控制出力以保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡,就會(huì)產(chǎn)生棄風(fēng)、棄光[7-8]。新能源消納問(wèn)題與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力密切相關(guān)。

在一定規(guī)模的電力系統(tǒng)中,系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力主要由電源調(diào)節(jié)性能決定,與電源結(jié)構(gòu)相關(guān)。不同類型電源的調(diào)峰深度有很大差異。核電機(jī)組通常作為基荷運(yùn)行,較少參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。凝汽燃煤機(jī)組和供熱火電機(jī)組調(diào)節(jié)性能較差[9]。燃?xì)狻⒊樗钅堋⑺姷入娫茨軌蚩焖賳⑼！⒋蠓{(diào)節(jié),靈活參與平衡。我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以火電為主,電源總體調(diào)節(jié)性能主要取決于火電調(diào)峰深度和靈活調(diào)節(jié)電源比例。