新能源消纳现状与改进措施研究

孟天璇 姚夫庆 高辉

摘要：现阶段，以风电、光伏为代表的新能源，在我国能源结构中的地位越来越重要，但风、光等新资源的随机波动也给电力系统的稳定运行带来了挑战。风电、光伏高出力阶段，电力系统无法接纳全部新能源发电，造成“弃风”“弃光”等弃电问题。基于此，下文将对新能源消纳现状与改进措施展开详细的分析。

关键词：新能源;消纳现状;改进措施

1 电力新能源的概念和特性

我国目前正处于社会经济发展的关键阶段，对电力能源的需求量非常大。就目前我国电力能源的发展现状而言发电方式主要有：火力发电、水力发电、风能发电、太阳能发电、核能发电等，新能源发电所占的比例不足总发电量的5%。火力发电是通过燃烧煤炭、石油等不可再生能源进行发电，消耗的能源非常大，而且会对周围的生态环节造成严重污染。在不可再生能源日渐枯竭的背景下，开发新能源进行发电就显得尤为迫切。所谓新能源指的是除了传统能源之外的一切可利用和可推广的能源。在电力系统新能源指的是利用相应的科学技术对可再生能源进行开发利用，然后应用在电力领域当中，比如：水能、风能、沼气能、太阳能等。而且新能源在发电应用中，并不会对周围的环境和人群造成影响。

2 新能源消纳现状分析

（1）高比例新能源加大电力系统电力平衡难度

新能源随机波动性强，高比例新能源并网将导致发电波动大幅增加，2019年国家电网有限公司经营范围内新能源日最大功率波动已超过1亿千瓦，山东、山西、宁夏、新疆等地区日最大功率波动已超过1000万千瓦。在电源跟随负荷变化调节的运行要求下，其他常规电源必须跟随新能源波动调节。然而，我国电源结构以火电为主，可随新能源波动灵活调节的电源较少，未来高比例新能源并网将导致电力平衡非常困难。

（2）高比例新能源并网导致电网安全稳定运行风险剧增

新能源发电具有弱支撑性和低抗扰性，随着新能源大规模接入，常规电源被大量替代，系统转动惯量和调频、调压能力持续降低，电网发生大范围、宽频带、连锁性故障的风险持续累积。同时新能源机组有功调节能力不足，导致系统频率控制能力不断下降。故障冲击下，电网频率跌落速度更快、幅度更大。新能源集中接入地区短路电流水平普遍较低，故障冲击下电压波动大，易引发新能源连锁脱网事故。此外，大量分布式新能源接入配电网可能引起系统功率失衡、线路过载、节点电压超限等问题，对供电可靠性带来极大挑战。

3 新能源消纳改进措施分析

3.1 提高新能源功率预测精度

新能源出力预测技术一直是国家研究的重点，具有功率预测技术旨在预测新能源功率的变化，减少高波动性对电力系统的影响。预测技术的进步可以改善传统电力调度的方式，强化电力系统的运行安全和经济效益，减轻电力系统在负荷高峰期的部分压力，提高风电效益。现有的新能源出力预测技术根据预测范围可分为用于新能源场站设计的长期预测、用于机组维护和控制策略的中期预测、用于电网优化调度的短期预测、用于机组实时控制的极短期预测。常用方法有自回归移动平均模型、神经网络、支持向量机、模糊逻辑等。

3.2 加强新能源与灵活调节电源统筹规划

一方面考虑新能源资源的差异性，进一步开展全国风能、太阳能等新能源资源勘查和评估，确保资源的精准、高效利用;充分利用风、光资源自身互补性，在全国范围广域优化布局新能源，制定各区年度新增建设规模、装机布局和开发时序。另一方面加强新能源开发与灵活调节电源的协调规划。考虑新能源发电波动性，在发展新能源的同时，优化电化学储能、抽水蓄能、燃气电站等灵活电源规划，支撑新能源消纳能力持续提升。

3.3 先进新能源发电技术

电源响应解决措施主要内容就是提高发电能量的转换效率，而研发新技术能够很好的满足提高能量转换的要求。就我国目前新能源发电而言，单机容量非常小，单次运行投入的资金比较大，而且能源转换为电能的效率也比较低，也是影响电力新能源安全高效利用的主要。比如：风能发电，其原理就是把大自然中的风能先转化为机械能，然后通过相应的设备把机械能再转化为电能，通过计算得出，其转换效率只有30%～40%，而太阳能转化为电能的效率更低只有10%～20%，相比而言，水能转化效率比较高，可到80%～95%，火力发电为60%～70%。从这几组数据中可以看出，新能源发电能量的转化率还不足传统能源转化的50%。就风力发电而言，风轮机性能在影响发电率的关键，所以必须引进新技术来优化在的风轮机的结构，比如：借鉴德国风力发电的智能叶片和自动化控制系统，提高风轮机捕风的能力，可以很大程度提高能源转换的效率。

3.4 综合能源系统调度优化

一般情况下，将含能源供给侧、灵活调节资源以及负荷需求侧整合成一个综合能源系统，可以协调各种能源的发电运行。在供电侧，统火电、风电、光伏、水电等多种能源形式都可为综合能源系统提供电力輸入。在负荷侧，大型电动汽车可以在夜间风力发电量大的时段进行充电。动态电价政策会影响用户的用电时段，保证负荷的平稳可控，解决负荷与新能源发电量在时间尺度方面的冲突。抽水蓄能、蓄电池、储热等灵活资源可以扩展传统能源发电的调节范围，促进新能源消纳。综合能源系统的主要任务是维持电力和热力供需平衡，以最大限度降低系统的运行成本和新能源的弃电。需要根据综合能源系统内各环节的运行特性，建立其数学模型，并设置参数运行范围，将综合能源系统的经济调度转化为带有方程和不等式约束的数学规划。可以采用粒子群优化、鲁棒优化、深度强化学习等方法进行数学规划，设计以提升新能源消纳能力为目标的综合能源系统源网荷协调调度策略。

结束语

综上所述，电力系统灵活性的不足是造成新能源弃电的直接原因。为了促进新能源消纳，需要提高风电、光伏自身的功率预测和控制精度，增加更多的灵活性电源。充分利用负荷侧响应、优化源网荷协调调度策略是提高新能源消纳的关键。加快新能源外送通道的建设，逐渐提高新能源外送电量，是拓展新能源消纳空间的重要手段。

参考文献：

[1]刘世宇，陈俊杰.“十四五”新能源消纳形势分析与建议[J].新能源科技，2021（10）：35-37.

[2]张哲，赵建永，程晋伊.新能源消纳现状与改进措施探究[J].智能城市，2021，7（20）：119-120.

[3]王伟胜.我国新能源消纳面临的挑战与思考[J].电力设备管理，2021（01）：22-23.9C610F1F-4611-49BA-B2A8-AD818A229414