政府工作報告提出：“抓緊解決機制和技術問題，優先保障可再生能源發電上網，有效緩解棄水、棄風、棄光狀況。”針對這一問題我們分享這篇文章，不代表我們的觀點。

舒印彪1, 張智剛1, 郭劍波2, 張正陵1

1．國家電網公司,北京市 西城區 100031

2．中國電力科學研究院,北京市 海淀區 100192

舒印彪(1958),男,教授級高級工程師,長期從事特高壓關鍵技術研發和工程建設、新能源發展研究、電力規劃運行管理等工作;

張智剛(1964),男,高級工程師,主要從事電力運行及管理工作;

郭劍波(1960),男,教授級高級工程師,主要從事電力規劃、運行研究工作。

張正陵(1963),男,高級工程師,主要從事電力規劃及管理工作。

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

摘要

近年來,我國新能源快速發展,取得了舉世矚目的發展成績,同時也出現了較為嚴重的棄風、棄光問題。該文在總結我國新能源消納現狀的基礎上,剖析了產生新能源消納問題的機理,進而指出影響我國新能源棄風、棄光問題的關鍵因素。從靈活調節電源建設、火電機組改造、電網互聯互通以及需求側響應等多方面,系統性地提出了解決我國新能源消納問題的措施,并通過生產模擬進行了場景驗證。

關鍵詞 : 新能源; 消納; 棄風; 棄光;

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.162555

0 引言

能源是經濟與社會可持續發展的基礎,是人類生產與生活不可缺少的動力保障。隨著能源安全、生態環境、氣候變化等問題日益突出,加快發展新能源已成為國際社會推動能源轉型發展、應對全球氣候變化的普遍共識和一致行動[1-3]。

我國積極推動新能源發展,“十二五”末,我國新能源累計裝機容量達到171.48GW,居世界第一位。風、光等新能源出力具有隨機性和波動性,大規模消納一直是世界性難題。由于我國的資源稟賦特點、電力系統條件和市場機制問題,消納新能源面臨更大挑戰。隨著新能源大規模開發,我國局部地區消納矛盾逐漸凸顯,出現了棄風、棄光問題,引起社會各界的關注。2015年全國新能源消納電量223TW•h,棄風、棄光總量39TW•h,雙雙不斷攀升。

本文在分析我國新能源并網和消納基本情況的基礎上,系統性闡述了產生棄風、棄光問題的根源,提出了解決新能源消納問題的措施與方法,對于推動我國新能源更好更快發展具有指導意義。

1 我國新能源消納現狀

近年來,我國新能源并網裝機和消納總量高速增長。截至2015年底,我國風電累計裝機容量達到128.30GW,“十二五”期間年均增長34%;太陽能發電裝機容量43.18GW,“十二五”期間年均增長119%。其中,國家電網公司調度范圍風電累計裝機容量達到116.64GW,占全國的91%;太陽能發電裝機容量達到39.73GW,占全國的92%。國家電網已成為世界上接入新能源容量最大的電網。“十二五”期間我國風電、太陽能發電逐年裝機容量如圖1所示。

2015年,全國風電發電量185.1TW•h,“十二五”年均增長30%;太陽能發電量38.3TW•h,“十二五”年均增長219%,風電、太陽能發電量增速比同期全國發電量增速高出28.7個百分點。風電發電量占全部發電量的比例由2010年0.7%提高到2015年3.23%,太陽能發電量占比由0.003%提高到0.688%。“十二五”期間風電和太陽能電量增長如圖2所示。

圖2 我國風電和太陽能逐年發電量

從新能源裝機容量與最大負荷的比值(即新能源滲透率)來看,我國為22%,高于美國(10%),低于丹麥(93%)、西班牙(78%)和葡萄牙(63%),處于中等水平。總體來看,我國新能源發展取得了舉世矚目的成績,裝機總量已居世界第一,消納總量實現了快速增長。但在新能源整體滲透率并不突出的情況下,棄風、棄光電量不斷增加,引起社會廣泛關注,成為學界研究的焦點問題。如何減少棄風、棄光,需要結合我國實際,從機理上深入探討,分析問題產生的根源,找出科學的解決途徑。

2 新能源消納問題機理分析

2.1 新能源參與下的時變電力系統平衡調節問題

電力系統的發、供、用同時完成,電力負荷呈現明顯的時變特點,目前我國區域電網峰谷差已達30%左右,并呈逐步擴大的趨勢。系統平衡的原則是調節常規電源出力跟蹤負荷變化,保持動態平衡[4]。電力系統平穩運行的一個基本條件是系統調節能力必須大于負荷的變化。

由于風、光的資源特性,新能源出力存在隨機性和波動性。風電日波動最大幅度可達裝機容量的80%,且呈現一定的反調峰特性,如圖3所示。光伏發電受晝夜變化、天氣變化、移動云層的影響,同樣存在間歇性和波動性。

新能源高比例接入電力系統后,增加了系統調節的負擔,常規電源不僅要跟隨負荷變化,還需要平衡新能源的出力波動[5-6]。新能源出力超過系統調節范圍時,必須控制出力以保證系統動態平衡,就會產生棄風、棄光[7-8]。新能源消納問題與系統調節能力密切相關。

在一定規模的電力系統中,系統調節能力主要由電源調節性能決定,與電源結構相關。不同類型電源的調峰深度有很大差異。核電機組通常作為基荷運行,較少參與系統調節。凝汽燃煤機組和供熱火電機組調節性能較差[9]。燃氣、抽水蓄能、水電等電源能夠快速啟停、大幅調節,靈活參與平衡。我國電源結構以火電為主,電源總體調節性能主要取決于火電調峰深度和靈活調節電源比例。