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关于新能源并网消纳 你了解多少?

2017-04-11 北极星智能电网在线 北极星智能电网在线

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发展新能源是缓解环境污染、应对气候变化、保障经济社会可持续发展的重要举措,面向“十三五”乃至2030年中长期发展,以风光为代表的新能源发电在能源结构转型中将发挥重要作用。本文对新能源并网消纳中的关键因素进行分析,并提出促进新能源发展的相关建议措施。

1

   

新能源消纳的关键影响因素

电力系统的特性是发、输、配、用电瞬时完成,电源调节能力、电网联通规模、负荷规模及响应能力共同决定了新能源消纳潜力。电力系统平衡的原则是调节常规电源出力跟踪负荷变化,当高比例新能源接入电力系统时,常规电源不仅要跟随负荷变化,还需要平衡新能源的出力波动,电源调节能力影响新能源消纳程度。电网互联后,可根据新能源出力灵活安排外送,相当于增大了新能源消纳空间。通过各类电能替代措施,增加用电规模,可为新能源消纳提供额外空间;通过需求侧响应可实现负荷的调节与转移,更好地适应新能源出力变化,减少弃风弃光现象。

发挥各类技术潜力提升新能源消纳水平,需要政策和机制的积极引导。比如,我国现有纯凝式火电的最小技术出力基本可以降至机组容量的40%左右,但在没有市场激励的前提下,电厂不会主动发挥这种调节能力。东北区域实施电力辅助服务市场,通过价格信号激励电厂进行主动调节,则是政策机制发挥作用的良好示范。

综上,促进新能源消纳,既需要技术驱动,也需要政策引导和市场机制配合。由此,将影响新能源消纳的关键因素总结为“3+1”的分析框架,“3”指“源—网—荷”三方,相当于硬件系统,决定消纳的潜力;“1”指政策及市场机制,相当于软件系统,决定消纳潜力发挥的程度。

在电源侧,通过提高电源调节能力,提供更多调峰容量配合新能源消纳。通过开展煤电机组灵活性改造、加快“三北”地区抽水蓄能电站建设、促进自备电厂调峰等手段,可提高系统中电源的调节能力。

在电网侧,通过扩大电网覆盖范围,促进新能源大范围消纳。电网是实现电力资源优化配置的重要物质基础,电网的覆盖范围及联通程度一定程度上决定了其覆盖范围内的新能源可开发利用规模。加快跨区输电通道建设,提高电网联通能力,可以调动更广泛的系统灵活性资源,满足大规模可再生能源外送和消纳。另外,在电网安全运行的前提下,申请联络线传输功率调整,可充分利用区域间互济能力,将超出消纳空间的新能源输送到临近区域予以消纳。

在负荷侧,通过实施需求侧响应和电能替代,增加新能源消纳空间。一方面通过挖掘需方响应潜力,可以为新能源提供实时消纳空间。随着负荷侧灵活性增强,不仅可以通过需求侧响应减少负荷峰谷差,还可引导负荷跟随风电、太阳能发电的出力调整,有效减少弃电率。另外,通过加快实施电能替代,积极拓展本地消纳市场,也有利于促进新能源的消纳。

在政策市场机制方面,发展完善有利于源—网—荷协调发展的产业政策和新能源大范围优化配置的市场机制。在发电环节要建立完善的调峰辅助服务补偿机制,调动发电企业参与调峰的积极性;输电环节完善新能源跨省跨区消纳和交易机制;用电环节出台促进可中断负荷、电供热发展的配套激励政策,制定合理电价机制,引导用户参与需求侧响应,减少负荷峰谷差。

2

   

促进新能源发展的建议措施

为适应未来新能源发展,技术、政策与市场、调度运行管理三个层面如何促进新能源发展。

技术方面

推进煤电机组灵活性改造,加快抽水蓄能电站建设,促进自备电厂参与系统调峰,提高系统灵活性。按照国家能源局“十三五”电力规划,“十三五”期间,“三北”地区将完成煤电改造2.15亿千瓦,增加调峰能力4500万千瓦以上。其次,加快抽水蓄能电站建设,“十三五”期间全国力争开工6000万千瓦,2020年装机达到4000万千瓦左右。再次,我国自备电厂占了一定比例(2015年年底华北、东北、西北自备电厂占火电比重分别达到13%、9%、25%),而自备电厂基本不参与电网调峰,调峰压力均由公共电网承担,从行业公平角度考虑,自备电厂承担公用调峰职责,提升电网调峰消纳能力。

扩大电网覆盖范围,提高接纳新能源能力。“十三五”期间,全国继续扩大同步电网规模,逐渐形成统一的同步电网,促进新能源的跨区输送及消纳,2017年建成大气污染防治“四交四直”特高压工程和酒泉—湖南、扎鲁特—青州直流工程,2018年建成准东—皖南直流工程。优化送端电源接入系统方案,加强送端电网建设,并探索建设大容量柔性直流示范工程,远距离汇集风电、光伏发电,实现风光水多能互补,最大限度解决弃风弃光问题。

发展智能配电网,适应分布式新能源及多元化负荷接入。针对终端用电负荷呈现多样化、互动化、智能化的新趋势,综合应用智能配电网的各项新技术,满足分布式能源并网,通过实施实施用户智能友好互动工程和开展微电网示范工程,提升配电网接纳新能源、分布式电源及多元化负荷的能力,力争实现配电网对分布式电源的100%就地消纳。针对用户侧“双向互动”的新特征,可以利用限制短路电流、对传统保护方案进行改进、利用多点信息设计保护方案等思路重构继电保护方案,适应多电源复杂网络。

加快推进电能替代和需求侧响应。制定具有针对性的电能替代价格优惠政策,降低用电成本,提高用户参与电能替代的积极性,在居民采暖、工业与农业生产、交通运输领域引导用户参与调峰,主动响应新能源出力变化。

政策保障及市场机制方面

营造有利于新能源消纳的政策环境。近期,出台相关政策保障新能源健康有序发展,比如完善新能源目标引导制度,建立健全绿色证书制度等。中长期来看,新能源在竞争性市场中将具有成本优势,政策保障可以适当淡出。

逐步取消发电计划,推进电力跨省跨区交易,实现全国性资源优化配置。近期,有序放开发电计划,推进现货市场建设,建立新能源跨区消纳的市场机制。中长期,建立跨省区的全国性电力交易市场,促进跨省区资源优化配置和电力消纳,逐步实现各省区电力交易的开放与融合,形成覆盖更大范围的多层次电力交易平台。

探索建立辅助服务市场,提高系统运行灵活性。近期,推动建立不同电源之间的利益补偿机制,继续尝试试点电力辅助服务市场。中长期,探索引入容量市场和辅助服务市场,促进灵活电源建设,增加电源参与辅助服务的灵活性。

调度运行管理方面

加强对新能源功率预测的管理,提高预测精度与分辨率。未来,我国西部北部部分省区新能源装机占比将超过50%,对新能源功率预测与管理提出更高要求,新能源发电功率预测将向高精度、高分辨率、中长期时间尺度方向发展,措施包括极端气象事件预报提高预测分辨率,提高新能源发电功率预测精度,提供多时间尺度的预测产品,建立新能源发电计划申报考核制度等。

优化高比例新能源运行控制手段,实现高比例清洁能源消纳。“十三五”末新能源将逐步纳入日前、日内和实时市场中,需要在调度中考虑市场机制及运行风险,措施包括基于市场机制的多种新能源互补优化调度,高比例新能源运行的风险预警与主动防御等。

增加系统惯量,提高系统运行稳定性。随着新能源出力占比不断增加,系统电力电子化特征凸显,电网转动惯量和等效规模不断减小,可以通过虚拟同步机增加系统惯量,提高系统运行稳定性。“十三五”应开始逐步在“三北”地区布局虚拟同步机,之后,推广至其他地区。

优化跨区通道的运行方式,有力促进新能源的大范围跨区消纳。目前我国已投运直流输电工程一般跟随受端区域负荷特性运行,在每一时段内输电功率恒定。这样虽然有利于受端区域更轻松地接纳新能源发电,但并未充分利用送受端区域的调节能力,通道潜力未得到充分挖掘。未来可在综合考虑受端电网接纳能力的前提下,在送端风电低谷时段,降低直流输电功率,而在送端系统风电大发时段,提高直流输电功率。通过充分利用直流跨区通道的功率调节能力,扩大新能源消纳规模。

来源:国家电网报

作者:王耀华 冯君淑 张富强

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