肖　盛，唐　瑋

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司，江西　南昌　330077；2.國網(wǎng)江西省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江西 南昌 330043）

0　前言

當(dāng)前新能源發(fā)電已成為我國能源戰(zhàn)略調(diào)整、轉(zhuǎn)變電力發(fā)展方式的重要內(nèi)容[1]。近幾年在國家政策鼓勵(lì)下我國新能源發(fā)電迅猛發(fā)展，新能源裝機(jī)與發(fā)電一躍成為世界第一。然而新能源發(fā)展與電網(wǎng)發(fā)展的不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致部分地區(qū)棄風(fēng)、棄光問題日益嚴(yán)重，新能源消納成為亟需解決的系統(tǒng)性問題[2-3]。國務(wù)院在2017年全國兩會的政府工作報(bào)告中提出“抓緊解決機(jī)制和技術(shù)問題，優(yōu)先保障可再生能源發(fā)電上網(wǎng)，有效緩解棄水、棄風(fēng)、棄光狀況”，隨后國家電網(wǎng)公司提出了20項(xiàng)措施緩解棄風(fēng)棄光問題，并表示力爭到2020年根本解決新能源消納問題，棄風(fēng)棄光率控制在5%以內(nèi)。江西公司積極作為、主動擔(dān)當(dāng)，在2017年兩會工作報(bào)告中明確提出“做好新能源發(fā)電消納和運(yùn)行控制分析，完善電網(wǎng)安全管控策略”的工作任務(wù)，同時(shí)在2017年年中工作報(bào)告中再次強(qiáng)調(diào)“開展新能源消納專題研究，統(tǒng)籌全網(wǎng)發(fā)電資源、調(diào)峰資源和通道送電能力，全力做好風(fēng)電等新能源并網(wǎng)服務(wù)，確保清潔能源全額消納”的工作要求。但是大量新能源接入后將對電網(wǎng)安全產(chǎn)生顯著影響，如何通過有效的管理提升電網(wǎng)消納新能源的能力、確保電網(wǎng)安全生產(chǎn)顯得至關(guān)重要。

1　江西電網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1　江西電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)

江西電網(wǎng)經(jīng)500 kV磁永線、咸夢Ⅰ、Ⅱ線三回線路與華中主網(wǎng)相聯(lián)，分別接入湖北咸寧變和磁湖變。已投運(yùn)500 kV變電站22座，形成“兩縱四橫”骨干網(wǎng)架；已投運(yùn)220 kV變電站150座，初步形成分區(qū)合理、結(jié)構(gòu)清晰的220 kV地區(qū)電網(wǎng)；目前主網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)能力不斷增強(qiáng)，電網(wǎng)發(fā)展重心逐步轉(zhuǎn)向特高壓和配電網(wǎng)。江西電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠69座，裝機(jī)容量為2 293.24萬kW，其中風(fēng)電與光伏裝機(jī)容量為302.57萬kW，約占全網(wǎng)總裝機(jī)的13.2%，洪屏抽水蓄能電站裝機(jī)120萬kW。

圖1　江西電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)新能源裝機(jī)容量

由于江西省內(nèi)風(fēng)力、光照資源有限，新能源發(fā)展起步較晚，近兩年江西電網(wǎng)風(fēng)電、光伏等新能源裝機(jī)容量呈爆發(fā)式增長，2017年底統(tǒng)調(diào)口徑省內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)196.67萬kW，光伏裝機(jī)容量達(dá)105.9萬kW，而全社會口徑風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到204.47萬kW，光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到425萬kW，江西電網(wǎng)新能源消納壓力增大。

1.2　江西電網(wǎng)負(fù)荷特性

江西省工業(yè)基礎(chǔ)差，工業(yè)負(fù)荷在整個(gè)負(fù)荷中所占比重小且增長緩慢；居民生活用電增長較快，比重越來越大，導(dǎo)致全省統(tǒng)調(diào)用電負(fù)荷峰谷差、峰谷差率逐年加大，電網(wǎng)調(diào)峰比較困難，主要表現(xiàn)在低谷負(fù)備用和高峰正備用不足，特別在春節(jié)期間和水電大發(fā)的汛期，電網(wǎng)調(diào)峰異常困難。圖2中列出了2010年至2017年江西電網(wǎng)年最大峰谷差率曲線，從圖中可以看出2010年至2017年最大峰谷差率居高不下，其中2016年風(fēng)電等新能源裝機(jī)容量迅猛增長，且汛期來水較好，所有水電機(jī)組長時(shí)間滿發(fā)運(yùn)行，導(dǎo)致2016年最大峰谷差率達(dá)到近些年的最大值（62.32%）；2016年年底洪屏電廠四臺機(jī)組全部投運(yùn)，且2017年汛期全省降水普遍偏少，導(dǎo)致2017年峰谷差率有所下降。

圖2　2010-2017年江西電網(wǎng)最大峰谷差率曲線

從圖3近三年各月份最大峰谷差率曲線可以看出，一般1、2月份的峰谷差率最大，3、4、5月份次之，但是一般1至3月份是非汛期，各水庫來水較少，水電可調(diào)，電網(wǎng)調(diào)峰壓力并不是太大；而4、5月份為汛期，雖然電網(wǎng)峰谷差率較1至3月份低，但是水電機(jī)組基本全天滿發(fā)，不參與電網(wǎng)調(diào)峰，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰困難。

圖3　2015、2016、2017年各月最大峰谷差率曲線

圖4為江西電網(wǎng)一年四季典型的總用電負(fù)荷曲線，可以看出江西電網(wǎng)負(fù)荷曲線根據(jù)季節(jié)變化略有不同，春秋兩季負(fù)荷峰谷差較大，全天普遍存在三個(gè)高峰，即早高峰十一時(shí)左右、前晚高峰十七時(shí)左右與后晚高峰十九時(shí)左右，而低谷時(shí)段為零時(shí)至五時(shí)，全天負(fù)荷波動幅度較大，若汛期水電大發(fā)，在負(fù)荷低谷時(shí)段風(fēng)電等新能源大發(fā)時(shí)，新能源消納存在較大困難；冬季負(fù)荷峰谷差最大，全天一般兩個(gè)高峰，即早高峰十一時(shí)左右，晚高峰十八時(shí)左右，全天負(fù)荷波動幅度巨大，電網(wǎng)開機(jī)方式安排較為困難，特別是在春節(jié)期間，負(fù)荷低谷時(shí)段風(fēng)電等新能源大發(fā)時(shí)，電網(wǎng)新能源消納存在較大困難；夏季負(fù)荷峰谷差較小，全天基本處于高負(fù)荷運(yùn)行，波動幅度不大，但對電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行與可靠供電能力是巨大的考驗(yàn)，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)也是新能源消納裕度最大的時(shí)期。

圖4　江西電網(wǎng)典型日總用電負(fù)荷曲線

2　新能源接入后對江西電網(wǎng)影響分析

江西電網(wǎng)新能源主要為風(fēng)電與光伏，但是風(fēng)電與光伏作為一種特殊的能源，具有許多不同于常規(guī)能源的特點(diǎn)，其負(fù)荷受氣候環(huán)境等因素影響較大，不確定性較高，調(diào)節(jié)難度較大，并且缺少有效的新能源功率預(yù)測手段，給電網(wǎng)調(diào)峰帶來較大的困難。風(fēng)電與光伏的接入導(dǎo)致系統(tǒng)潮流變化頻繁，對地區(qū)電網(wǎng)保護(hù)配置和電壓調(diào)整造成一定的困難，給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了較大挑戰(zhàn)。

2.1　江西電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電特性分析

江西風(fēng)電資源主要分布在九江鄱陽湖周邊以及南部山地，風(fēng)電負(fù)荷有較強(qiáng)的集群效應(yīng)，通過分析風(fēng)電每日負(fù)荷曲線可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)電間歇性、隨機(jī)性較強(qiáng)，有時(shí)凌晨負(fù)荷達(dá)到峰值，有時(shí)午后負(fù)荷達(dá)到峰值，有時(shí)全天負(fù)荷平緩，有時(shí)一天之內(nèi)波動多次，規(guī)律性較差。通過對2017年全部風(fēng)電負(fù)荷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，如表1，低谷時(shí)段（23:00-6:00）負(fù)荷達(dá)到峰值的占61.64%，高峰與腰荷時(shí)段（6:00-23:00）負(fù)荷達(dá)到峰值的占38.36%，同時(shí)低谷時(shí)段負(fù)荷最小的占18.63%，高峰與腰荷時(shí)段負(fù)荷最小的占81.37%，由此可以看出，江西電網(wǎng)風(fēng)電在負(fù)荷低谷時(shí)段大發(fā)的概率極高，具有較明顯的“反調(diào)峰”特性，增加了電網(wǎng)調(diào)峰難度。

表1　風(fēng)電日最大、最小負(fù)荷時(shí)刻統(tǒng)計(jì)表

圖5　江西電網(wǎng)風(fēng)電典型日負(fù)荷曲線

2.2　江西電網(wǎng)光伏發(fā)電特性分析

光伏發(fā)電與風(fēng)電相似，同樣具有隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，光伏發(fā)電負(fù)荷基本取決于太陽的輻照強(qiáng)度，所以光伏發(fā)電又具有“晝出夜伏”的特點(diǎn)，這與江西電網(wǎng)的用電負(fù)荷特性相似，圖6為江西電網(wǎng)光伏發(fā)電的典型負(fù)荷曲線，一般從早上6點(diǎn)開始發(fā)電負(fù)荷逐步增大至中午13點(diǎn)達(dá)到最大，而后至下午18點(diǎn)以后逐漸減小至零，經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電的最大值與全網(wǎng)總用電負(fù)荷的早高峰最大值基本吻合，即光伏發(fā)電具有一定的“正調(diào)峰”能力，若將光伏發(fā)電負(fù)荷視為負(fù)的負(fù)荷，則光伏發(fā)電負(fù)荷與全網(wǎng)總用電負(fù)荷疊加后的等效負(fù)荷峰谷差將變小，但是對晚高峰的調(diào)峰貢獻(xiàn)不大，目前由于光伏發(fā)電負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確率較低，對電網(wǎng)的開機(jī)方式安排有較大影響，若光伏發(fā)電裝機(jī)容量繼續(xù)擴(kuò)大到一定比例，必然會造成電網(wǎng)開機(jī)方式安排困難。

圖6　江西電網(wǎng)光伏發(fā)電日負(fù)荷曲線

2.3　新能源接入后對江西電網(wǎng)調(diào)峰特性影響分析

隨著以風(fēng)電為代表的具有明顯“反調(diào)峰”特性的新能源大規(guī)模開發(fā)，傳統(tǒng)的“電網(wǎng)調(diào)峰”概念有了新的延伸，一為負(fù)荷調(diào)峰（也是傳統(tǒng)概念的調(diào)峰），二為具有隨機(jī)性、間歇性的電源調(diào)峰[4-5]，使江西電網(wǎng)調(diào)峰壓力增加。

表2　新能源發(fā)電負(fù)荷日最大波動數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖7　江西電網(wǎng)風(fēng)光負(fù)荷疊加曲線

大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)后，其總功率波動也較大，由于常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻響應(yīng)能力有限，有可能導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線功率長時(shí)間越限運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)電網(wǎng)頻率偏差可能超出規(guī)定值，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)為保證電網(wǎng)的供需平衡和安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)必須通過常規(guī)機(jī)組來留有足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量，以應(yīng)付新能源功率波動。表2中列出了2017年每月江西電網(wǎng)新能源發(fā)電負(fù)荷日最大波動統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中風(fēng)電每月日最大波動率達(dá)到63.56%，光伏發(fā)電每月日最大波動率達(dá)到75.48%，同時(shí)從表3中可以看出風(fēng)電與光伏的月最大負(fù)荷率均接近80%，如此大容量的負(fù)荷大范圍波動且波動毫無規(guī)律，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是巨大的考驗(yàn)，若今后新能源繼續(xù)持續(xù)增長，江西電網(wǎng)的調(diào)峰能力必然無法滿足新能源消納要求。

表3　2017年江西電網(wǎng)新能源發(fā)電月最大、最小值

由于風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電在自然特性上存在一定的互補(bǔ)性，在我國部分地區(qū)通過建立大型的風(fēng)光儲混合發(fā)電系統(tǒng)，在一定程度上減小新能源并網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響[6]。圖7為江西電網(wǎng)某四天風(fēng)電與光伏發(fā)電負(fù)荷疊加曲線圖，從圖中可以看出風(fēng)光發(fā)電疊加曲線在一定時(shí)間段內(nèi)減小了新能源發(fā)電的總負(fù)荷峰谷差，平緩了新能源發(fā)電負(fù)荷曲線，同時(shí)在某些時(shí)段對新能源發(fā)電的總負(fù)荷峰谷差是有放大效果的，但此時(shí)段正好與電網(wǎng)負(fù)荷曲線是相吻合的，對電網(wǎng)調(diào)峰是極為有利的，所以積極探索研究風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電特性，減小新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，能提高電網(wǎng)新能源消納能力。

3 新能源接入后江西電網(wǎng)調(diào)峰方式及調(diào)峰策略

3.1　水電

根據(jù)江西省防總規(guī)定，每年的4月初至6月底為豐水期即汛期，其他月份為枯水期，汛期由于各水庫來水較大，水電機(jī)組盡量保持滿發(fā)，不參與電網(wǎng)調(diào)峰，而近幾年氣候變化比較頻繁，在傳統(tǒng)的枯水期降雨仍非常充沛，水電機(jī)組長時(shí)間保持滿發(fā)運(yùn)行。同時(shí)大部分水電機(jī)組裝機(jī)容量較小且多為徑流式的小水電，除萬安電廠（53.3萬kW）與柘林電廠（43.2萬kW）外，其他水電機(jī)組幾乎不參與電網(wǎng)調(diào)峰，所以水電機(jī)組調(diào)峰能力逐年減弱。

3.2　火電

目前江西電網(wǎng)主要由火電機(jī)組和抽蓄機(jī)組承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)，近幾年江西省調(diào)加強(qiáng)對火電機(jī)組調(diào)峰能力的監(jiān)督管理，各火電機(jī)組基本能夠滿足“高峰時(shí)段頂?shù)蒙稀⒌凸葧r(shí)段降得深”的要求。目前江西省內(nèi)100萬kW火電機(jī)組深度調(diào)峰容量低至40萬kW，60萬kW火電機(jī)組深度調(diào)峰容量低至21萬kW，30萬kW火電機(jī)組深度調(diào)峰容量低至10萬kW，火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間，對機(jī)組運(yùn)行安全有較大威脅，對火電機(jī)組設(shè)備也有較大損耗，為確保機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間火電機(jī)組安全，各火電企業(yè)通常采取投油助燃、摻燒與等離子配合等技術(shù)措施確保機(jī)組低負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2015年火電機(jī)組深度調(diào)峰（出力低于最低技術(shù)出力）天數(shù)達(dá)170天，2016年已經(jīng)超過200天，火電機(jī)組深度調(diào)峰為低谷時(shí)段江西電網(wǎng)新能源與水電消納做出了巨大貢獻(xiàn)。

3.3　抽水蓄能電站

洪屏抽水蓄能電站四臺機(jī)組于2016年底全部投運(yùn)，由于抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行方式靈活，既可作為發(fā)電機(jī)又可作為電動機(jī)，其綜合調(diào)峰性能200%，抽水蓄能機(jī)組為風(fēng)電、光伏等新能源消納起到了非常重要的作用。但是根據(jù)國網(wǎng)公司的統(tǒng)一部署，洪屏抽水蓄能電站劃歸網(wǎng)調(diào)調(diào)度，其發(fā)電量完全按照年度計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度來安排，作為保障江西電網(wǎng)電力平衡責(zé)任主體的省調(diào)對其機(jī)組開停機(jī)缺乏自主權(quán)，導(dǎo)致抽水蓄能機(jī)組啟停靈活性降低，調(diào)峰能力未能充分釋放，同時(shí)抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性如何補(bǔ)償?shù)纫幌盗袉栴}還需進(jìn)一步地探討研究。

3.4　新能源接入后江西電網(wǎng)調(diào)峰策略

江西電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)主要以火電為主，水電等其他電源占比較小，若大規(guī)模新能源并網(wǎng)后，在汛期水電大發(fā)期間很容易造成電網(wǎng)調(diào)峰困難，為保證新能源的全額收購，江西省調(diào)通過合理安排電網(wǎng)開機(jī)方式，充分利用洪屏抽蓄機(jī)組的調(diào)峰能力以及深挖火電機(jī)組調(diào)峰能力等常規(guī)措施以滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求。同時(shí)也應(yīng)進(jìn)一步完善電力市場建設(shè)，加強(qiáng)用戶側(cè)需求管理，全面實(shí)施峰谷電價(jià)，通過加強(qiáng)負(fù)荷側(cè)引導(dǎo)與管理，優(yōu)化系統(tǒng)負(fù)荷特性，削減電網(wǎng)峰谷差。加強(qiáng)并網(wǎng)機(jī)組管理，特別是新能源機(jī)組并網(wǎng)管理，提升新能源并網(wǎng)機(jī)組的功率預(yù)測水平，按照高、中、低多種預(yù)測發(fā)電方式進(jìn)行日前計(jì)劃編制與斷面安全校核，滾動做好全網(wǎng)電力電量平衡方案，確保全網(wǎng)有一定的旋轉(zhuǎn)備用容量。發(fā)揮大電網(wǎng)優(yōu)勢，增強(qiáng)互聯(lián)電網(wǎng)調(diào)峰支援，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的調(diào)峰共擔(dān)和備用共享，削減單個(gè)?。▍^(qū)）電網(wǎng)峰谷差，同時(shí)也避免分省平衡模式下相關(guān)省預(yù)留備用容量過大造成的浪費(fèi)，充分利用全網(wǎng)及區(qū)域外的調(diào)峰容量，在更大程度上實(shí)現(xiàn)資源的合理配置。

4　結(jié)束語

近些年江西省調(diào)加強(qiáng)對火電機(jī)組帶負(fù)荷能力管理，挖掘火電機(jī)組深度調(diào)峰能力，保障新能源全額收購。今后江西公司將繼續(xù)加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理，加強(qiáng)與政府溝通協(xié)商，統(tǒng)籌電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，努力建立完善的市場化補(bǔ)償與激勵(lì)機(jī)制，進(jìn)一步拓展電網(wǎng)調(diào)峰資源，拓寬新能源消納空間。