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我國新能源消納面臨的挑戰與思考
發表時間:2020-12-15   |  來源于:電力決策與輿情參考  |  作者:  |  點擊數:325 
王偉勝

(中國電力科學研究院副總工程師、新能源研究中心主任)

      黨的十九屆五中全會提出,“生態文明建設要實現新進步”,并強調加快推動綠色低碳發展,推進能源革命,能源資源配置更加合理、利用效率大幅提高,主要污染物排放總量持續減少,生態環境持續改善。而在此前的第七十五屆聯合國大會一般性辯論上,國家主席習近平向世界宣示,“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”。這意味著今后較長時期,我國電力清潔化必須提速,以風電和光伏發電為主的新能源將迎來加速發展。

      一、“十四五”新能源發展形勢

      (一)新能源裝機增長將更加強勁

      “十三五”期間,我國新能源裝機年均增長約6000萬千瓦,增速為32%,是全球增長最快的國家。截至2019年底,我國新能源裝機容量達到4.14億千瓦,占全部電力裝機的20.63%,其中風電2.1億千瓦、光伏發電2.04億千瓦,新能源發電量6300億千瓦時,占全部發電量的8.6%。

      “十四五”期間,隨著風電和光伏發電技術的不斷進步,資源豐富地區的風電、光伏發電將逐步全面實現平價上網,成本優勢以及碳中和目標的要求,推動新能源發展速度進一步加快。“十四五”期間,預計我國年均新增新能源裝機將遠超過6000萬千瓦,達到1億千瓦的規模。

      (二)分布式新能源和儲能快速發展

      隨著光伏發電成本的下降、平價上網政策的實施以及中東部地區基本全額消納的電力系統條件,分布式光伏發電將以“全民光伏”的形式迅速增長。加之儲能電池成本的快速下降,“光伏+儲能”、大規模儲能、綜合能源系統等將在用戶側全面發展,分布式光伏裝機容量很快將超過集中式光伏裝機容量。

      (三)新能源裝機布局變化明顯

      “十四五”期間,受“三北”地區新能源消納困難影響,新能源裝機空間分布將繼續向消納形勢較好的中東部轉移。另外,隨著技術進步、成本下降和建設經驗的積累,“十四五”期間我國海上風電將迎來大發展,具備建設條件的海上風電將全面開工,接入消納條件好的華北、華東電網。我國將成為全球海上風電增速最快、潛力最大的國家。

      (四)市場成為促進新能源消納的有力手段

      電力市場化改革繼續向縱深發展,調峰調頻等輔助服務、省間電力交易、現貨市場等將快速發展,市場機制不斷完善,新能源電力將越來越多通過市場來消納,市場將成為促進新能源消納的有力手段。

      二、新能源消納面臨的挑戰

      目前,全國6個省(區)新能源裝機占比超過30%,7個電網新能源發電量占比超過20%,局部地區已經形成了高比例新能源電力系統。受風/光資源、土地資源等因素影響,當前新能源占比高的省(區)的裝機仍將進一步發展。“十四五”期間,高比例新能源電力系統將從局部地區向全國擴展,且比例進一步提升。未來新能源消納將面臨諸多挑戰。

      (一)高比例新能源加大電力系統電力平衡難度

      新能源隨機波動性強,高比例新能源并網將導致發電波動大幅增加,2019年國家電網有限公司經營范圍內新能源日最大功率波動已超過1億千瓦,山東、山西、寧夏、新疆等地區日最大功率波動已超過1000萬千瓦。在電源跟隨負荷變化調節的運行要求下,其他常規電源必須跟隨新能源波動調節。然而,我國電源結構以火電為主,可隨新能源波動靈活調節的電源較少,未來高比例新能源并網將導致電力平衡非常困難。

      (二)高比例新能源并網導致電網安全穩定運行風險劇增

      新能源發電具有弱支撐性和低抗擾性,隨著新能源大規模接入,常規電源被大量替代,系統轉動慣量和調頻、調壓能力持續降低,電網發生大范圍、寬頻帶、連鎖性故障的風險持續累積。同時新能源機組有功調節能力不足,導致系統頻率控制能力不斷下降,故障沖擊下,電網頻率跌落速度更快、幅度更大。新能源集中接入地區短路電流水平普遍較低,故障沖擊下電壓波動大,易引發新能源連鎖脫網事故。此外,大量分布式新能源接入配電網可能引起系統功率失衡、線路過載、節點電壓超限等問題,對供電可靠性帶來極大挑戰。

      (三)新能源發電單元與可控負荷信息感知能力不足,難以支撐精細化調控

      新能源發電單元總量遠超常規水電、火電機組,全國目前有超過6000座大型新能源電站和幾百萬個低壓接入的分布式發電系統,未來新能源發電單元數量將達到數千萬,氣象環境、運行控制等各類信號數十億個。新能源發電設備運行狀態感知能力弱,運行管理極其復雜,現有信息化手段不能充分滿足新能源功率預測與控制、可控負荷與新能源互動等需要。

      (四)高比例新能源對電力市場機制建設提出新的要求

      隨著我國電力市場建設逐步深入,多地區開展了基于中長期電量交易的發電權置換、大用戶交易等新能源市場化交易品種。但受風光資源特性影響,高比例新能源波動需通過實時電力平衡進行消納,實時市場中新能源低邊際成本降低了市場出清價格,影響靠電量市場收益的常規電源獲益,長期造成發電資源充裕性不足,對容量市場設計提出新的需求。如何建立一套適合我國國情且滿足高比例新能源消納的電力市場交易機制面臨挑戰。

      三、相關措施建議

      新能源消納涉及電力系統發、輸、配、用多個環節,與發展方式、技術進步、市場機制以及政策措施等密切相關,實現新能源高效消納,既要遠期規劃,又要有運行優化,既要技術驅動,也需要政策引導和市場機制配合。

      (一)加強新能源與靈活調節電源統籌規劃

      一方面考慮新能源資源的差異性,進一步開展全國風能、太陽能等新能源資源勘查和評估,確保資源的精準、高效利用;充分利用風、光資源自身互補性,在全國范圍廣域優化布局新能源,制定各區年度新增建設規模、裝機布局和開發時序。另一方面加強新能源開發與靈活調節電源的協調規劃。考慮新能源發電波動性,在發展新能源的同時,優化電化學儲能、抽水蓄能、燃氣電站等靈活電源規劃,支撐新能源消納能力持續提升。

      (二)提升新能源并網調度運行管理水平,實現新能源高效消納

      借助人工智能、大數據等新技術,提升電網對海量新能源發電設備的運行管理能力,提升新能源基礎數據質量和預測建模的智能化水平,建立高精度、高可信度的新能源功率預測系統,為高比例新能源并網優化運行奠定堅實基礎;從源、網、荷、儲、市場交易等多方面發力,不斷挖掘電力系統運行靈活性,提升適應新能源隨機波動性的調度運行水平和風險防御能力,支撐高比例新能源高效消納。加快推進新能源并網技術標準升級,加強新能源并網性能的檢測認證和在線評估,提升高比例新能源安全運行水平。

      (三)發揮市場配置資源的作用,促進新能源消納

      考慮中長期市場、現貨市場、輔助服務市場與容量市場,完善高比例新能源消納的市場機制,加快推進適應波動性新能源消納的市場體系建設,發揮市場在更大范圍內優化配置資源的作用。建立適應高比例新能源的消納考核機制,核算不同地區新能源發電技術經濟性,以全社會效益最大為目標,分省(區)設置合理的新能源利用率考核指標。

      (四)加強科研攻關,引領新能源高質量發展

      加快太陽能發電、海上風電等基礎設施及相關測試平臺建設,提升新能源發電對系統運行的主動支撐和并網友好性能,促進新能源發電設備性能升級,使新能源成為優質電源。建立大規模新能源集群多場站、跨時空尺度協調仿真平臺,攻關高比例新能源并網的電力系統安全穩定運行技術瓶頸,提出能源轉型中新能源與電網安全運行協調發展技術解決方案,引領新能源高質量發展。
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