新能源消纳关键因素分析及解决措施研究

文_司荣国 贾艳刚 曹东 刘海洋

1.青海省绿色发电集团股份有限公司 2.南京绿新能源研究院有限公司 3.国泰绿色能源有限责任公司

1 新能源消纳现状分析

现阶段我国新能源发展速度极快，累计装机容量排世界第一。新能源渗透率远超于同期部分发达国家。我国新能源发展成效有目共睹，消纳总量增大，但风能、光能等具有一定的随机性与波动性，能源整体消纳率处于有待提升的阶段，弃光、弃风等问题愈加显著，备受国家及社会各领域的关注。因此为切实提升新能源开发利用的经济效益与服务效益，应做好新能源消纳工作，缓解地区能源消纳矛盾。

2 新能源消纳关键因素

2.1 新能源消纳机理

目前我国电网谷峰差距达到30%以上，无法从根本上满足电力系统平衡负荷的原则。因风能及光能固有特征，新能源波动会直接影响到装机容量，并呈现出反调峰特征。高比例新能源进入到电力系统中，会增加系统调节负担，导致常规电源随着能源负荷总量而不断变化。在新能源出力过大的情况下，需保证系统动态平衡性，因此出现弃风、弃光现象。

2.2 新能源消纳影响因素

因电力系统内部无网络约束，新能源消纳需满足发电、用电平衡与系统调节能力的下限约束，形成新能源消纳空间。通过实际计算发现，增加新能源消纳需在保障备用电源平衡的情况下，控制新能源平衡后的正备用容量，降低常规电源开机总量，增设具有更强调峰能力的机组，提升系统下调能力。

正备用容量是控制新能源消纳的重要影响因素，可以在保障电力系统正常平稳运行的情况下，将正备用容量控制在最小范围内。同时，孤立系统内的新能源消纳需通过电源总体调节、负荷电量与负荷率调节，电源调节性能与负荷电量成正比关系，峰谷差距与新能源理论消纳空间呈反比关系。

控制常规电源计划，根据新能源出力灵活安排电能外送，可以切实提升通道容量，增加消纳空间，更好实现电网互通与电力调节的全局配置。新能源电力资源的外送需要建设在完善有效的跨省效益与服务机制基础上，通过降低地区间能源交易难度，切实提升调峰服务工作的积极性。

3 影响新能源消纳关键因素的症结所在

对我国现存弃光、弃风问题，对影响新能源消纳关键因素的症结所在进行综合分析。

我国新能源装机分布与负荷关系不匹配，新能源装机分布不均匀，与负荷呈现出逆向分布的特征。三北地区负荷占新能源消纳装机总容量的36%，远低于甘肃、宁夏等地区。

从电源调节性能分析。我国抽蓄、燃机运行期间的灵活性较低，与发达国家相比依然存在较大差距。火电机在供暖期的调节能力不高，无法从根本上满足各地区电源供应要求。

电网互联互通的综合水平不高，难以支撑三北地区新能源外送。虽然西北电网新能源装机容量不断增长，但能够实现电力外送的容量却较低。新能源消纳问题与负荷规模、电源调节与电网互联网之间的关键因素具有较强的关联性，因三北地区新能源消纳效果不佳，致使消纳空间没有得到充分利用，导致弃风、弃光等问题频繁出现。

由于我国电力市场建设、调峰得补偿、价格响应等市场机制尚未建立健全，发电计划多由政府部门制定，对外来新能源的开发与利用积极性不高，导致新能源消纳难度持续上涨。

4 新能源消纳关键因素的解决对策

4.1 提升电源调节力

为从根本上提升新能源消纳水平，高质高效利用新能源，需从提升电源调节能力入手。对东北、西北电网的火电机组进行灵活性改造，确保地区电源调节力满足实际供电要求。同时，控制供热机组以及凝气机组最小技术出力率，促进东北地区抽蓄电站建设，切实提升抽蓄电站装机规模以及实际装机容量。

4.2 提高电网互通水平

随着现代化发展，各领域生产建设期间的用电需求量急剧增加，包括电源在内的发电机容量持续增长，与用电市场的实际发展水平存在一定差距，发电设备利用率不断下降。同时，全国用电水平持续增加，新能源装机增长速度要明显超过用电增长速度。能源负荷不平衡等问题始终存在，新能源富集地区负荷度小，需将工作重点放置在跨省区送电通道建设中，通过切实提升各能源消纳范围，促进资源优化配置等方式，加强各地区电网建设的互通性，为提高跨区直流输电能力奠定坚实基础。

在技术层面上提升电网互通水平，应确保发电系统具有一定的灵活性，确保系统能够更好满足不同层面上的能源需求，防止进行新能源生产过剩情况出现。同时，注重计算机网络技术的应用，加快电网联网建设，打造电力信息互通的市场环境，切实提升新能源的消纳能力。

4.3 注重新能源消纳生产模拟

基于新能源消纳现状与影响因素，构建起更加完整科学的新能源消纳时序生产模拟系统。结合电网实际运行情况，建立起时序生产模型，确保各子系统之间的网络约束与新能源消纳水平保持均衡。在新能源消纳生产模拟过程中，应将重点优化目标放置在全部时段新能源发电量总和最大等方面。注重对新能源消纳情况的模拟，如电力平衡约束模拟、电源调节性能约束模拟、电源电量约束模拟以及跨区联络线模拟等。通过对所建立起对新能源消纳生产模型进行全面分析后发现，为更好解决新能源消纳问题，不同地区应将发展重点放置在自身新能源建设不足的地方。通过生产模拟可知，预计2020年东北区域用电量达458.4TWh，西北地区电网用电量达850.5TWh，在不处理新能源消纳问题的情况下，东北地区新能源发电量将会达到70.2TWh，弃风与弃光率为26.8%。2020年基础场景负荷量如表1所示。

表1 2020年基础场景负荷量 （TWh）

因此为做好新能源消纳工作，需提升东北、西北地区火电机组调峰能力，确保地区新能源消纳水平符合新能源建设目标；注重在东北地区建立起跨区外送通道，确保新能源消纳工作稳定高速开展；鼓励电动汽车参与到新能源消纳中，借助电力汽车提升新能源消纳水平，确保城市交通建设与新能源消纳工作紧密地联系在一起。

4.4 创新市场交易组织方式

通过不断创新能源市场交易组织方式，建立健全完善的市场机制。在电力市场平台构建过程中，通过推动新能源市场交易，解决新能源消纳问题。具体而言，对跨省间新能源进行直接交易、拉近新能源与电力用户、售电企业之间的关联，建立起新能源与新能源用户的直接交易模式，从根本上提升新能源消纳过程中的经济效益与服务效益。加大综合能源服务市场扩宽力度，从根本上提升电能代替率，提升清洁能源在各领域生产经营建设期间的利用率，促进地区可持续发展。

积极开展技术适用性高、经济效益更强的电能示范项目，通过以点带面的方式扩大电能代替范围。借助市政化机制来控制相关企业的自发用电量，提升新能源消纳能力。发展现货市场，引导火电资源的自动调峰，实现新能源最大化里利用率目标，从根本上解决各地区新能源消纳难、消纳工作不积极等问题。

5 结语

我国新能源开发采用集中式，本地能源消纳空间有限，在灵活调峰等方面的灵活性与有效性不足，新能源市场管理机制始终处于有待提升的阶段，需相关管理部门认清影响新能源消纳的关键因素，结合国家新能源建设要求，做好调节抽蓄、燃机等工作，加快信息技术与能源开发融合，为充分发挥出新能源建设工作的积极作用奠定坚实基础。