新能源電力消納為什么那么難?

2021/03/17 10:07
瀏覽量

多年來,風電和光伏發(fā)電的波動性、隨機性、反調峰特性、極熱無風、晚峰無光等等已成老生常談,有人怨外送能力不夠,有人說電源結構不合理,也有人要需求響應,新能源電力消納問題好像盲人摸象,顯然還沒有形成共識。個人認為,新能源集中開發(fā)模式,按照制約問題出現(xiàn)的先后,依次是應該送出問題、消納問題、系統(tǒng)安全問題。

新能源發(fā)展初期,由于新能源項目開發(fā)與電網建設的周期不同、協(xié)調不夠,接網和送出問題是首先出現(xiàn)的局部問題。

新能源發(fā)展規(guī)模較大時,局部(省級或區(qū)域)電力系統(tǒng)出現(xiàn)調峰問題,新能源消納問題會日益突出。

新能源進一步大規(guī)模高占比發(fā)展,局部問題逐漸向全系統(tǒng)擴散,由于新能源機組的慣量較小,常規(guī)電源占比下降,系統(tǒng)出現(xiàn)調頻問題將日趨嚴重。這也是新能源發(fā)展到一定規(guī)模必須面臨的系統(tǒng)難題。

新能源電力消納是一項系統(tǒng)工程,是新能源和電力系統(tǒng)的特征決定的。電力系統(tǒng)不只是發(fā)電企業(yè),不只是電網,更不只是用戶,而是由“發(fā)輸配用儲”一系列環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)。所以,新能源電力消納問題要堅持系統(tǒng)思維。

2020年12月7日的中國能源報,發(fā)表了一篇“電力系統(tǒng)靈活性提升難在哪”,引用了《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。“十三五”期間,將在“三北”地區(qū)推行熱電機組靈活性改造約1.33億千瓦、純凝機組改造約8200萬千瓦;抽水蓄能電站裝機達到4000萬千瓦左右;全國氣電裝機2020年達到1.1億千瓦以上。然而,“十三五”收官在即,電力系統(tǒng)靈活性提升目標卻遠未完成:截至2020年9月底,我國氣電裝機容量9637萬千瓦、抽水蓄能裝機容量3089萬千瓦,均大幅低于規(guī)劃目標;煤電靈活性改造進度更為緩慢,截至2019年底,只改造完成5775萬千瓦,僅為目標改造容量的1/4,且截至目前情況并無明顯改觀。

究其緣由,就是價格形成機制。長期以來,缺水區(qū)域電力系統(tǒng)的調峰、調頻等責任大都由火電機組承擔,但隨著新能源規(guī)模越來越大、比例越來越高,以火電機組為主的電力系統(tǒng)已經不堪重負。

新能源發(fā)展的技術邊界在哪里?

可以確定的是,碳達峰碳中和目標下,以風電和光伏發(fā)電為代表的新能源在2030年前將呈更大規(guī)模、更高速度發(fā)展態(tài)勢。在電力系統(tǒng)基本控制理論沒有大進步的情況下,仍要深入研究新能源送出、系統(tǒng)調峰問題和系統(tǒng)頻率穩(wěn)定問題。

新能源送出的系統(tǒng)經濟性要給予足夠重視。發(fā)電企業(yè)更注重電量上網的利益,造成新能源發(fā)電機組仍不能承擔其應有的責任。經過十多年的技術進步,新能源發(fā)電機組發(fā)電效率大幅提升,但涉網性能并沒有得到同步提升,電壓支撐能力、功率控制水平遠不能與常規(guī)機組相比??陀^地說,由于新能源利用率不高,電網企業(yè)大規(guī)模投入新能源接網和送出工程整體效率偏低。經過十多年的發(fā)展,資源富集的區(qū)域電網送出大多已經飽和,新能源送出全部依靠新增輸電通道解決。這一部分電網投資不產生電量,納入輸配電價有效資產后,一方面會引起輸配電價上升,另一方面即使納入輸配電價也難以取得合理回報。

電力系統(tǒng)調峰問題相對容易解決。電力系統(tǒng)調峰問題主要反映的是電源結構,水電等靈活調節(jié)電源的多寡決定了電力系統(tǒng)調峰裕度,當然與用電端的負荷特性也密切相關。困難的是,新能源富集的“三北”地區(qū)多以火電為主,而且多承擔供熱任務,在風電大發(fā)的冬春兩季系統(tǒng)調峰能力極小,這也是當前新能源消納問題的關鍵。在現(xiàn)有技術條件下,發(fā)電側的靈活調節(jié)改造、儲能和需求響應是解決系統(tǒng)調峰問題的三大類措施。如果制定相應的電價引導機制,從發(fā)電側、儲能和需求響應三方面發(fā)力,系統(tǒng)調峰問題相對容易解決。

高占比新能源電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的認識還不夠。與傳統(tǒng)同步發(fā)電機相比,新能源發(fā)電機組轉動慣量小或沒有轉動慣量。什么是轉動慣量?簡單說,電力系統(tǒng)是在發(fā)電機組帶動下實時平衡的旋轉系統(tǒng),當系統(tǒng)發(fā)生故障時,由強大的發(fā)電機群將系統(tǒng)拉回平衡運行狀態(tài)。轉動慣量小的系統(tǒng),抗干擾能力也較小。我們可以假設,當系統(tǒng)替換為新能源機組,系統(tǒng)慣量很小,那么電力系統(tǒng)就成為一個“輕”系統(tǒng),一點干擾就可能導致系統(tǒng)失穩(wěn)。一些單位已經研究了高占比新能源電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定約束,但還沒有提出切實可行的控制措施,這將是新能源發(fā)展面臨的另一個即將到來的系統(tǒng)性難題。

新能源發(fā)展的經濟性邊界?

從政策設計上看,新能源發(fā)電側設置了95%的利用率目標,上網電價全面達到平價水平(燃煤脫硫機組標桿電價),消費側設定了可再生能源消納責任權重,電網側輸配價格基本固定,但系統(tǒng)的價格機制還沒有出臺明確的政策。從2020年風電搶裝潮看,電價對于風電發(fā)展巨大的驅動作用。未來,上網電價在新能源發(fā)展的調節(jié)作用將逐步減弱,逐步過渡至市場因素驅動,就需要研究系統(tǒng)的經濟性問題。

系統(tǒng)成本增加。由于風電、光伏發(fā)電的隨機性和波動性,電力系統(tǒng)維持旋轉儲備或額外可調度容量的成本。隨著高比例新能源接入,消納一個單位的新能源電力邊際成本呈幾何級數(shù)增加,調節(jié)電源的經濟性難以保障。

電網側成本增加。從電網側看,大規(guī)模新能源接網和輸電工程利用率偏低,即使納入輸配電價仍難以取得合理回報。尤其是,風電、光伏發(fā)電大型基地,遠離負荷中心,千萬千瓦級新能源外送需配套建設大量匯集和外送工程,且風電、光伏發(fā)電利用率不高(風電2000小時左右、光伏1400小時左右),電網工程整體利用率偏低。

一點應對措施

新能源側。新能源既然要從補充電源向主力電源過渡,就必須要承擔其主力電源應該具備的技術條件。一是提升涉網性能。新能源發(fā)電機組不能只追求發(fā)電效率,更應同步提升其發(fā)電品質、可控可調性和友好性。二是新能源端配置儲能。從電力系統(tǒng)的基本原理上看,儲能配置于負荷側更有助于提升系統(tǒng)調節(jié)性和保證供電的可靠性,但從大型風電、光伏發(fā)電基地的角度看,新能源端配置儲能更有助于提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平和整體經濟性。如果能出臺“儲能+”的電價,將更有助于推動新能源電力消納。

電網側。一直以來,出于經濟性和不確定性電源比例較小的考慮,電力系統(tǒng)對于年利用小時低于3000小時的電源接入設計上有一定“輕視”,不考慮N-1等技術要求。但在新能源超常規(guī)的新形勢下,需要重新審視新能源接網設計的基本原則,提升系統(tǒng)可靠性和電網工程的經濟性。如果新能源側配置了一定高比例儲能,接入設計是否要考慮N-1原則,儲能集中與分散配置方式均需進一步研究。

消費側。一般意義上,消費側的用電可持續(xù)性和品質要求是持續(xù)上升的。但隨著電氣化水平不斷提升,間歇性用電設備也在大量增加,比如新能源汽車充電樁、電熱水器以及一些對于電力可持續(xù)性要求不高的負荷,因此建立電需求響應是應對電源端品質下降的重要措施。

說了這么多,其實就是一句話。要應對大規(guī)模高比例新能源發(fā)展,就要從電力系統(tǒng)整體出發(fā),設計技術要求和經濟性測算。“碳達峰、碳中和”目標下,新能源發(fā)展是肯定的,解決新能源發(fā)展的問題,就要堅持系統(tǒng)思維,全方位、全要素發(fā)力,如果仍是要求某一方或幾方去完成,努力的空間不大。

聯(lián)系電話:0411-88577777 87303000 87317111  87637222

傳真:0411-87627333-8029

公司地址:大連開發(fā)區(qū)保靈街16號

版權所有:磐翔機電股份有限公司  中企動力技術支持  遼ICP備08102508號