西北區(qū)域是我國(guó)能源資源聚集地之一，擁有豐富的風(fēng)力資源和充足的光照環(huán)境，是發(fā)展風(fēng)電、光伏等新能源的良好地帶。近幾年，在國(guó)家政策的大力扶持下西北區(qū)域五省(區(qū))的新能源發(fā)展迅速，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行、規(guī)劃和發(fā)展帶來了深遠(yuǎn)的影響。同時(shí)，由于遠(yuǎn)距離大容量輸電、調(diào)峰能力不足等問題，西北各省(區(qū))存在不同程度的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象，隨著用電需求的變化和新能源裝機(jī)的迅速增長(zhǎng)，未來西北地區(qū)的新能源消納形勢(shì)將會(huì)更加嚴(yán)峻。

為了對(duì)大規(guī)模新能源接入形勢(shì)下西北區(qū)域五省(區(qū))電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行全面把控，以便進(jìn)一步統(tǒng)籌源網(wǎng)總體規(guī)劃、提高系統(tǒng)運(yùn)行管理效率，減少棄風(fēng)棄光，推動(dòng)新能源發(fā)電科學(xué)規(guī)劃、合理運(yùn)行、有效監(jiān)管，2016年西北能源局進(jìn)行了西北區(qū)域新能源發(fā)展規(guī)劃及運(yùn)行監(jiān)管。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管情況，深入分析了電力系統(tǒng)的電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)發(fā)展協(xié)調(diào)程度、新能源消納情況、供電可靠程度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平等重要信息，科學(xué)、客觀評(píng)估了西北區(qū)域新能源發(fā)電運(yùn)行現(xiàn)狀;摸清了制約新能源消納的具體薄弱環(huán)節(jié)和限制因素，對(duì)癥下藥，提出解決建議;并根據(jù)“十三五”規(guī)劃最新信息，通過預(yù)測(cè)2020年西北區(qū)域新能源發(fā)電運(yùn)行情況，針對(duì)性地提出了新能源發(fā)電規(guī)劃優(yōu)化建議、消納策略及監(jiān)管建議。

一、西北區(qū)域新能源發(fā)展規(guī)劃情況

通過對(duì)西北五省(區(qū))電網(wǎng)的現(xiàn)狀和“十一五”發(fā)展規(guī)劃情況分析，得出相關(guān)結(jié)論如下：

1、西北區(qū)域未來?xiàng)夛L(fēng)棄光現(xiàn)象將依然嚴(yán)重

2020年西北區(qū)域各省(區(qū))依然會(huì)存在較為嚴(yán)重的棄風(fēng)棄光，表1為模擬評(píng)估的2020年各省新能源消納水平與2015年情況的對(duì)比，可見西北各省的棄風(fēng)棄光率仍然偏高，距離實(shí)現(xiàn)新能源全額消納的目標(biāo)，仍然還有很長(zhǎng)的路要走。其中甘肅和新疆即使考慮了新建直流工程以利于新能源外送消納，棄風(fēng)棄光率預(yù)計(jì)仍將超過20%，消納壓力較大;寧夏、青海整體棄新能源率在10%左右，還存在部分消納的壓力;陜西如果新建了陜北-關(guān)中二通道，棄光棄風(fēng)率將維持在較低水平。

表1 西北區(qū)域各省(區(qū))新能源消納情況模擬結(jié)果對(duì)比

 

如果要求西北區(qū)域五省(區(qū))保持棄風(fēng)率和棄光率都在5%以內(nèi)，則此時(shí)各省的風(fēng)電和光伏裝機(jī)大小和占比應(yīng)該如表2所示，可以看到，除了陜西外，西北區(qū)域其余四省(區(qū))的新能源規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模都已經(jīng)超過了系統(tǒng)可以正常消納的范圍，部分省份的棄風(fēng)棄光情況理論上已經(jīng)不允許在2020年以前再新增新能源裝機(jī)，例如甘肅省即使2015年之后不再新增風(fēng)電裝機(jī)，也很難保證將棄風(fēng)率控制在5%。

表2 2020年西北區(qū)域保證新能源正常消納合理裝機(jī)表

2、西北區(qū)域發(fā)生棄風(fēng)棄光的原因逐漸變化，調(diào)峰能力不足問題凸顯

西北區(qū)域棄風(fēng)棄光的兩大主要原因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)峰能力不足和傳輸容量受限。由表3，隨著西北區(qū)域電源電網(wǎng)的發(fā)展，兩大原因?qū)夛L(fēng)棄光的影響占比正在發(fā)生變化。2015年調(diào)峰能力不足已是西北電網(wǎng)棄風(fēng)棄光的主導(dǎo)因素，但新能源傳輸容量受限問題依然不容忽視。2020年對(duì)于西北大部分省份來說，傳輸容量受限的導(dǎo)致棄風(fēng)棄光占比已經(jīng)很小，而調(diào)峰能力不足問題將會(huì)越來越嚴(yán)重。

表3 西北區(qū)域各省(區(qū))棄風(fēng)棄光原因模擬結(jié)果對(duì)比

 

按照國(guó)家“十三五”規(guī)劃，西北區(qū)域各省(區(qū))網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將顯著加強(qiáng)，特別是陜西陜北-關(guān)中750千伏第二通道、青海750千伏北通道和日月山-塔拉-海南-西寧雙環(huán)網(wǎng)、新疆“五環(huán)網(wǎng)”的建設(shè)，將顯著提高西北各省(區(qū))新能源外送消納能力，除甘肅電網(wǎng)依然受制于河西走廊輸電通道以外，各省(區(qū))新能源送出受限的問題將得到很大程度的緩解。

從前面的分析可知，“十三五”規(guī)劃完成后，甘肅將成為西北區(qū)域中唯一會(huì)因?yàn)閭鬏斎萘渴芟薅罅織夛L(fēng)棄光的省份。因此，未來依然需要繼續(xù)對(duì)甘肅電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行繼續(xù)加強(qiáng)。特別是河西走量輸電通道，要盡快建成由雙回750kV線路組成的多環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提高甘肅省西北部電源中心向西南部負(fù)荷中心的輸電能力，減少因?yàn)閭鬏斒茏瓒斐傻臈夛L(fēng)棄光。

通過對(duì)西北2020年的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬可知，隨著西北區(qū)域各省(區(qū))網(wǎng)架不斷加強(qiáng)，新能源裝機(jī)不斷增加，調(diào)峰能力不足將成為限制西北區(qū)域各省(區(qū))新能源消納的主要因素。寧夏電網(wǎng)和甘肅電網(wǎng)在供熱期間調(diào)節(jié)能力較弱;新疆自備電廠占比很大，在自備電廠不參與調(diào)峰的情況下，難以為新能源消納留出足夠的空間;同時(shí)，青海、陜西電網(wǎng)在水電大發(fā)期間，也可能面臨調(diào)峰問題。

對(duì)于目前的西北電網(wǎng)來說，除了加快推進(jìn)光熱、抽蓄等靈活電源建設(shè)外，充分發(fā)展輔助服務(wù)市場(chǎng)和引入需求側(cè)響應(yīng)是在現(xiàn)有條件下提高系統(tǒng)整體調(diào)峰能力，促進(jìn)新能源消納的可行之道。

3、直流跨區(qū)外送將成為西北新能源消納的重要方式之一

“十三五”規(guī)劃期間，西北區(qū)域各省(區(qū))將建設(shè)數(shù)項(xiàng)跨區(qū)外送的特高壓直流輸電工程，如陜北-江西直流輸電工程、酒泉-湖南直流輸電工程、寧東-浙江直流輸電工程、“疆電外送”系列工程等，在模擬計(jì)算中可以得知，如果考慮將新能源通過直流輸電工程打捆外送，將顯著降低西北地區(qū)棄風(fēng)棄光電量，提高新能源消納水平?？梢灶A(yù)見，新能源通過直流跨區(qū)外送將成為未來西北區(qū)域各省(區(qū))提高可再生能源利用率，促進(jìn)新能源消納的重要方式之一。

二、新能源運(yùn)行策略和消納政策建議

通過對(duì)西北新能源運(yùn)行情況的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)新能源消納的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出西北新能源消納的運(yùn)行策略和配套消納政策建議如下：

(1)從系統(tǒng)運(yùn)行的角度應(yīng)允許合理?xiàng)夛L(fēng)棄光

是否實(shí)現(xiàn)新能源的全額消納是新能源運(yùn)行效益高低的重要標(biāo)準(zhǔn)，但不是唯一標(biāo)準(zhǔn)。歐洲和北美等新能源利用充分的地區(qū)，仍然存在棄風(fēng)棄光。眾多研究從風(fēng)光出力的統(tǒng)計(jì)特性指出，100%全額消納往往不是整體的最經(jīng)濟(jì)方案。因此，應(yīng)該允許系統(tǒng)在電網(wǎng)負(fù)荷低谷等時(shí)段適度棄風(fēng)棄光，避免電力系統(tǒng)為保證新能源大發(fā)時(shí)全額消納而付出高昂的輸電成本和深度調(diào)峰成本。

(2)充分利用多類型能源廣域時(shí)空尺度上的互補(bǔ)性

西北電網(wǎng)各省(區(qū))包含了豐富的風(fēng)、光、水等可再生資源，充分利用各類能源的互補(bǔ)特性有助于最大程度上緩解隨機(jī)波動(dòng)，達(dá)到優(yōu)化調(diào)度的目的。尤其是要充分利用黃河上游水庫(kù)的能量存儲(chǔ)能力，在短時(shí)間尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度做到與風(fēng)光的互補(bǔ)調(diào)度。

(3)科學(xué)利用輸電通道，減少新能源長(zhǎng)距離輸送

由于通道資源有限，風(fēng)電、光伏常常與火電共用輸電通道，造成了各類電源互相擠占傳輸空間。因此，省級(jí)電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)各類電源特點(diǎn)，遵循公平、合理的原則，并給予新能源一定的優(yōu)先級(jí)，促進(jìn)風(fēng)、光、水、火各類電源對(duì)輸電通道的使用比例合理分配。

新能源富集地區(qū)往往需要投入大量的電網(wǎng)建設(shè)成本和調(diào)度成本來實(shí)現(xiàn)新能源的長(zhǎng)距離輸電消納。各方應(yīng)該采取一定的經(jīng)濟(jì)刺激政策，激勵(lì)用電大戶在新能源集中裝機(jī)地區(qū)投資生產(chǎn)，推行電采暖等電能替代措施，發(fā)展余電制氫等新興產(chǎn)業(yè)，從而盡可能實(shí)現(xiàn)新能源的就地消納。