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我國(guó)新能源消納面臨的挑戰(zhàn)與思考

王偉勝 （中國(guó)電力科學(xué)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(huì)提出，“生態(tài)文明建設(shè)要實(shí)現(xiàn)新進(jìn)步”，并強(qiáng)調(diào)加快推動(dòng)綠色低碳發(fā)展，推進(jìn)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(xù)減少，生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。而在此前的第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上，國(guó)家主席習(xí)近平向世界宣示，“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。這意味著今后較長(zhǎng)時(shí)期，我國(guó)電力清潔化必須提速，以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主的新能源將迎來(lái)加速發(fā)展。

 一、“十四五”新能源發(fā)展形勢(shì)

 （一）新能源裝機(jī)增長(zhǎng)將更加強(qiáng)勁 

“十三五”期間，我國(guó)新能源裝機(jī)年均增長(zhǎng)約6000萬(wàn)千瓦，增速為32%，是全球增長(zhǎng)最快的國(guó)家。截至2019年底，我國(guó)新能源裝機(jī)容量達(dá)到4.14億千瓦，占全部電力裝機(jī)的20.63%，其中風(fēng)電2.1億千瓦、光伏發(fā)電2.04億千瓦，新能源發(fā)電量6300億千瓦時(shí)，占全部發(fā)電量的8.6%。

 “十四五”期間，隨著風(fēng)電和光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，資源豐富地區(qū)的風(fēng)電、光伏發(fā)電將逐步全面實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，成本優(yōu)勢(shì)以及碳中和目標(biāo)的要求，推動(dòng)新能源發(fā)展速度進(jìn)一步加快。“十四五”期間，預(yù)計(jì)我國(guó)年均新增新能源裝機(jī)將遠(yuǎn)超過(guò)6000萬(wàn)千瓦，達(dá)到1億千瓦的規(guī)模。 

（二）分布式新能源和儲(chǔ)能快速發(fā)展

隨著光伏發(fā)電成本的下降、平價(jià)上網(wǎng)政策的實(shí)施以及中東部地區(qū)基本全額消納的電力系統(tǒng)條件，分布式光伏發(fā)電將以“全民光伏”的形式迅速增長(zhǎng)。加之儲(chǔ)能電池成本的快速下降，“光伏+儲(chǔ)能”、大規(guī)模儲(chǔ)能、綜合能源系統(tǒng)等將在用戶側(cè)全面發(fā)展，分布式光伏裝機(jī)容量很快將超過(guò)集中式光伏裝機(jī)容量。

 （三）新能源裝機(jī)布局變化明顯 

“十四五”期間，受“三北”地區(qū)新能源消納困難影響，新能源裝機(jī)空間分布將繼續(xù)向消納形勢(shì)較好的中東部轉(zhuǎn)移。另外，隨著技術(shù)進(jìn)步、成本下降和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，“十四五”期間我國(guó)海上風(fēng)電將迎來(lái)大發(fā)展，具備建設(shè)條件的海上風(fēng)電將全面開(kāi)工，接入消納條件好的華北、華東電網(wǎng)。我國(guó)將成為全球海上風(fēng)電增速最快、潛力最大的國(guó)家。 

（四）市場(chǎng)成為促進(jìn)新能源消納的有力手段 

電力市場(chǎng)化改革繼續(xù)向縱深發(fā)展，調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)、省間電力交易、現(xiàn)貨市場(chǎng)等將快速發(fā)展，市場(chǎng)機(jī)制不斷完善，新能源電力將越來(lái)越多通過(guò)市場(chǎng)來(lái)消納，市場(chǎng)將成為促進(jìn)新能源消納的有力手段。

 二、新能源消納面臨的挑戰(zhàn) 

目前，全國(guó)6個(gè)省（區(qū)）新能源裝機(jī)占比超過(guò)30%，7個(gè)電網(wǎng)新能源發(fā)電量占比超過(guò)20%，局部地區(qū)已經(jīng)形成了高比例新能源電力系統(tǒng)。受風(fēng)/光資源、土地資源等因素影響，當(dāng)前新能源占比高的?。▍^(qū)）的裝機(jī)仍將進(jìn)一步發(fā)展。“十四五”期間，高比例新能源電力系統(tǒng)將從局部地區(qū)向全國(guó)擴(kuò)展，且比例進(jìn)一步提升。未來(lái)新能源消納將面臨諸多挑戰(zhàn)。

 （一）高比例新能源加大電力系統(tǒng)電力平衡難度 

新能源隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)，高比例新能源并網(wǎng)將導(dǎo)致發(fā)電波動(dòng)大幅增加，2019年國(guó)家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)新能源日最大功率波動(dòng)已超過(guò)1億千瓦，山東、山西、寧夏、新疆等地區(qū)日最大功率波動(dòng)已超過(guò)1000萬(wàn)千瓦。在電源跟隨負(fù)荷變化調(diào)節(jié)的運(yùn)行要求下，其他常規(guī)電源必須跟隨新能源波動(dòng)調(diào)節(jié)。然而，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以火電為主，可隨新能源波動(dòng)靈活調(diào)節(jié)的電源較少，未來(lái)高比例新能源并網(wǎng)將導(dǎo)致電力平衡非常困難。

 （二）高比例新能源并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)劇增 

新能源發(fā)電具有弱支撐性和低抗擾性，隨著新能源大規(guī)模接入，常規(guī)電源被大量替代，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和調(diào)頻、調(diào)壓能力持續(xù)降低，電網(wǎng)發(fā)生大范圍、寬頻帶、連鎖性故障的風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)累積。同時(shí)新能源機(jī)組有功調(diào)節(jié)能力不足，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率控制能力不斷下降，故障沖擊下，電網(wǎng)頻率跌落速度更快、幅度更大。新能源集中接入地區(qū)短路電流水平普遍較低，故障沖擊下電壓波動(dòng)大，易引發(fā)新能源連鎖脫網(wǎng)事故。此外，大量分布式新能源接入配電網(wǎng)可能引起系統(tǒng)功率失衡、線路過(guò)載、節(jié)點(diǎn)電壓超限等問(wèn)題，對(duì)供電可靠性帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。 

（三）新能源發(fā)電單元與可控負(fù)荷信息感知能力不足，難以支撐精細(xì)化調(diào)控 

新能源發(fā)電單元總量遠(yuǎn)超常規(guī)水電、火電機(jī)組，全國(guó)目前有超過(guò)6000座大型新能源電站和幾百萬(wàn)個(gè)低壓接入的分布式發(fā)電系統(tǒng)，未來(lái)新能源發(fā)電單元數(shù)量將達(dá)到數(shù)千萬(wàn)，氣象環(huán)境、運(yùn)行控制等各類信號(hào)數(shù)十億個(gè)。新能源發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)感知能力弱，運(yùn)行管理極其復(fù)雜，現(xiàn)有信息化手段不能充分滿足新能源功率預(yù)測(cè)與控制、可控負(fù)荷與新能源互動(dòng)等需要。 

（四）高比例新能源對(duì)電力市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)提出新的要求 

隨著我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)逐步深入，多地區(qū)開(kāi)展了基于中長(zhǎng)期電量交易的發(fā)電權(quán)置換、大用戶交易等新能源市場(chǎng)化交易品種。但受風(fēng)光資源特性影響，高比例新能源波動(dòng)需通過(guò)實(shí)時(shí)電力平衡進(jìn)行消納。實(shí)時(shí)市場(chǎng)中新能源低邊際成本降低了市場(chǎng)出清價(jià)格，影響靠電量市場(chǎng)收益的常規(guī)電源獲益，長(zhǎng)期造成發(fā)電資源充裕性不足，對(duì)容量市場(chǎng)設(shè)計(jì)提出新的需求。如何建立一套適合我國(guó)國(guó)情且滿足高比例新能源消納的電力市場(chǎng)交易機(jī)制面臨挑戰(zhàn)。

 三、相關(guān)措施建議 

新能源消納涉及電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用多個(gè)環(huán)節(jié)，與發(fā)展方式、技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)機(jī)制以及政策措施等密切相關(guān)，實(shí)現(xiàn)新能源高效消納，既要遠(yuǎn)期規(guī)劃，又要有運(yùn)行優(yōu)化，既要技術(shù)驅(qū)動(dòng)，也需要政策引導(dǎo)和市場(chǎng)機(jī)制配合。 

（一）加強(qiáng)新能源與靈活調(diào)節(jié)電源統(tǒng)籌規(guī)劃 

一方面考慮新能源資源的差異性，進(jìn)一步開(kāi)展全國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源資源勘查和評(píng)估，確保資源的精準(zhǔn)、高效利用；充分利用風(fēng)、光資源自身互補(bǔ)性，在全國(guó)范圍廣域優(yōu)化布局新能源，制定各區(qū)年度新增建設(shè)規(guī)模、裝機(jī)布局和開(kāi)發(fā)時(shí)序。另一方面加強(qiáng)新能源開(kāi)發(fā)與靈活調(diào)節(jié)電源的協(xié)調(diào)規(guī)劃?？紤]新能源發(fā)電波動(dòng)性，在發(fā)展新能源的同時(shí)，優(yōu)化電化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能、燃?xì)怆娬镜褥`活電源規(guī)劃，支撐新能源消納能力持續(xù)提升。

 （二）提升新能源并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)新能源高效消納

借助人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，提升電網(wǎng)對(duì)海量新能源發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行管理能力，提升新能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量和預(yù)測(cè)建模的智能化水平，建立高精度、高可信度的新能源功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，為高比例新能源并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；從源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、市場(chǎng)交易等多方面發(fā)力，不斷挖掘電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性，提升適應(yīng)新能源隨機(jī)波動(dòng)性的調(diào)度運(yùn)行水平和風(fēng)險(xiǎn)防御能力，支撐高比例新能源高效消納。加快推進(jìn)新能源并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，加強(qiáng)新能源并網(wǎng)性能的檢測(cè)認(rèn)證和在線評(píng)估，提升高比例新能源安全運(yùn)行水平。 

（三）發(fā)揮市場(chǎng)配置資源的作用，促進(jìn)新能源消納 

考慮中長(zhǎng)期市場(chǎng)、現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)與容量市場(chǎng)，完善高比例新能源消納的市場(chǎng)機(jī)制，加快推進(jìn)適應(yīng)波動(dòng)性新能源消納的市場(chǎng)體系建設(shè)，發(fā)揮市場(chǎng)在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置資源的作用。建立適應(yīng)高比例新能源的消納考核機(jī)制，核算不同地區(qū)新能源發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，以全社會(huì)效益最大為目標(biāo)，分省（區(qū)）設(shè)置合理的新能源利用率考核指標(biāo)。 

（四）加強(qiáng)科研攻關(guān)，引領(lǐng)新能源高質(zhì)量發(fā)展

加快太陽(yáng)能發(fā)電、海上風(fēng)電等基礎(chǔ)設(shè)施及相關(guān)測(cè)試平臺(tái)建設(shè)，提升新能源發(fā)電對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的主動(dòng)支撐和并網(wǎng)友好性能，促進(jìn)新能源發(fā)電設(shè)備性能升級(jí)，使新能源成為優(yōu)質(zhì)電源。建立大規(guī)模新能源集群多場(chǎng)站、跨時(shí)空尺度協(xié)調(diào)仿真平臺(tái)，攻關(guān)高比例新能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)瓶頸，提出能源轉(zhuǎn)型中新能源與電網(wǎng)安全運(yùn)行協(xié)調(diào)發(fā)展技術(shù)解決方案，引領(lǐng)新能源高質(zhì)量發(fā)展。

 首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年11月27日第46、47期

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