舒印彪等：新能源消納關鍵因素分析及解決措施研究

政府工作報告提出：“抓緊解決機制和技術問題，優(yōu)先保障可再生能源發(fā)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(qū) 100031

2．中國電力科學研究院,北京市 海淀區(qū) 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(fā)和工程建設、新能源發(fā)展研究、電力規(guī)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(guī)劃、運行研究工作。

張正陵(1963),男,高級工程師,主要從事電力規(guī)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(fā)展,取得了舉世矚目的發(fā)展成績,同時也出現(xiàn)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(xiàn)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(jié)電源建設、火電機組改造、電網互聯(lián)互通以及需求側響應等多方面,系統(tǒng)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(xù)發(fā)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(tài)環(huán)境、氣候變化等問題日益突出,加快發(fā)展新能源已成為國際社會推動能源轉型發(fā)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(fā)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(guī)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(tǒng)條件和市場機制問題,消納新能源面臨更大挑戰(zhàn)。隨著新能源大規(guī)模開發(fā),我國局部地區(qū)消納矛盾逐漸凸顯,出現(xiàn)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(tǒng)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(fā)展具有指導意義。

1 我國新能源消納現(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)電逐年裝機容量如圖1所示。

2015年,全國風電發(fā)電量185.1TW•h,“十二五”年均增長30%;太陽能發(fā)電量38.3TW•h,“十二五”年均增長219%,風電、太陽能發(fā)電量增速比同期全國發(fā)電量增速高出28.7個百分點。風電發(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%,太陽能發(fā)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(fā)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(fā)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(xiàn)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(tǒng)平衡調節(jié)問題

電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用同時完成,電力負荷呈現(xiàn)明顯的時變特點,目前我國區(qū)域電網峰谷差已達30%左右,并呈逐步擴大的趨勢。系統(tǒng)平衡的原則是調節(jié)常規(guī)電源出力跟蹤負荷變化,保持動態(tài)平衡[4]。電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行的一個基本條件是系統(tǒng)調節(jié)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(xiàn)一定的反調峰特性,如圖3所示。光伏發(fā)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(tǒng)后,增加了系統(tǒng)調節(jié)的負擔,常規(guī)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(tǒng)調節(jié)范圍時,必須控制出力以保證系統(tǒng)動態(tài)平衡,就會產生棄風、棄光[7-8]。新能源消納問題與系統(tǒng)調節(jié)能力密切相關。

在一定規(guī)模的電力系統(tǒng)中,系統(tǒng)調節(jié)能力主要由電源調節(jié)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(tǒng)調節(jié)。凝汽燃煤機組和供熱火電機組調節(jié)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(jié),靈活參與平衡。我國電源結構以火電為主,電源總體調節(jié)性能主要取決于火電調峰深度和靈活調節(jié)電源比例。