如何破解集中式风光发电消纳难题

2022-06-20 10:18 [风能] 来源于：国际能源研究中心作者：国际能源研究中心

导读：根据《十四五可再生能源发展规划》，十四五期间可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中占比超过50%，风电和太阳能发电量实现翻番。笔者认为，需在充分认识我国现阶段可再生能源与新能源发展形势与面临困难基础上，通过自主创新，攻克资源潜力二次评估、风

根据《“十四五”可再生能源发展规划》，“十四五”期间可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中占比超过50%，风电和太阳能发电量实现翻番。笔者认为，需在充分认识我国现阶段可再生能源与新能源发展形势与面临困难基础上，通过自主创新，攻克资源潜力二次评估、风光功率准确预测、灵活负荷需求响应、源网荷储协同互动四方面关键技术，破解大规模集中式风电/光伏发电并网消纳难题，有力支撑“十四五”可再生能源规划落地实施。

风电光伏成为可再生能源开发利用主体

综合我国可再生能源资源条件分布、技术成熟程度、开发建设成本等多方面因素，“十四五”期间可再生能源开发利用仍将是以风电光伏为代表的可再生能源电力为主。

近年来，我国可再生能源实现跨越式发展，水电、风电、光伏装机连续17年、12年和7年居世界首位。2021年3月《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》就提出，建设黄河上游、河西走廊、黄河几字湾、冀北、松辽、新疆、黄河下游七大陆上新能源基地以及藏东南、川滇黔桂两大水风光综合基地等和海上大规模风电基地集群。

风光发电发电量翻番任务艰巨

我国新能源发电发展迅速，在我国现有电力负荷分布与电网调节能力的条件下，“十四五”期间风电和光伏发电量实现翻番的目标任务异常艰巨。尽管我国风光发电的装机占比不断提高，但受到风速、太阳辐照度波动性、间歇性的影响，使其平均出力与额定装机之比以及发电小时数均远低于常规发电，风光发电的电量占比远低于其装机占比。在风光发电装机规模不大、占比不高时，常规发电的调节空间较大，电网消纳风光发电的潜力和水平可在技术和市场双重因素推动下得到有效提升。

然而，目前风光发电在我国20多个省级电网已是第一或第二大电源，“十四五”期间新能源的规模化发展和电网高效消纳利用之间的矛盾将更加突出，风光发电量实现翻番的目标任务异常艰巨。

一是随着七大陆上新能源发电基地建成投产令新能源渗透率大幅上升，故消纳需求较之前也大幅增加；

二是低压配电网用户侧海量分布式光伏发电并网令日间时段负荷大幅降低，用电需求的减少大大增加了消纳难度；

三是电网优先消纳新能源的调度策略令常规机组的发电计划被进一步压缩，常规机组可调空间使用殆尽；

四是在现有精度水平下新能源发电功率预测偏差绝对值随其装机容量的增长成比例不断扩大。综上，在现有基础上电网对大规模集中式风光发电消纳水平的显著提升就变得非常困难。

风光发电保供挑战严峻

“十四五”期间我国风光发电面临既要大规模开发、又要高水平消纳、更要保障电力安全可靠供应等多重挑战。

首先，我国经济发展长期向好，能源电力需求的增长强劲，即使在现有开发技术和消费水平下煤炭资源也只能维持40年，我国能源战略的转型迫在眉睫，大规模开发风光发电是增强能源安全保障能力、推动可持续发展的必然选择。

其次，《规划》明确2030年风电和太阳能发电总装机达12亿千瓦以上，2025年全国可再生能源电力总量消纳责任权重达33%左右，对电网新能源消纳能力提出了新的更高要求。最后，2021年下半年，受多重因素影响我国出现电力供应紧张现象，对经济、生活各方面造成不利影响。2022年5月国务院常务会议要求确保能源供应，绝不允许出现拉闸限电。为此，充分发挥电网配置资源作用，通过“需求响应优先、有序用电保底、节约用电助力”全力保供成为电网的首要任务。

大规模消纳难题亟待关键技术创新破解

高比例大规模集中式风电/光伏的消纳面临以下五方面难题，亟待关键技术创新破解。

首先，“十四五”期间以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大规模风光新能源基地是建设重点，全球气候变化、气象数据匮乏、前期评估失准等导致这些地区的资源开发潜力评估存在较大偏差，必须对重点区域风光资源开发潜力进行二次精准评估，以保障规划、投资和建设的科学性。

其次，这些基地建成投产后，必将给电力系统新能源消纳带来更加严峻的挑战，例如大规模集中式光伏发电出力特性与电网负荷曲线的时序失配导致晚高峰电力供应紧张、午后低谷消纳困难，时段性供需矛盾愈发尖锐。

再次，随着气候变化加剧，极端天气出现次数不断增加，对电网负荷与风光发电出力影响很大，导致保供风险猛增，例如新疆南疆、华北部分地区的沙尘暴对光伏发电的影响，寒潮、大风、暴雪、暴雨等对风电/光伏发电的影响。第四，水资源富集地区水电出力季节性波动给电力系统的运行方式安排与电量平衡计划带来较大影响，可再生能源消纳困难问题突出。

最后，受地理条件、建设周期与投资规模等因素约束，抽水蓄能电站这类优质灵活调节资源较为匮乏，加之大规模新能源基地外送通道、规模化安全经济储能以及跨省跨区电力市场交易的制约，电网的灵活调节能力和运行弹性受限，新能源充分消纳的空间无法保证。

综上，从发展形势、技术要求和基本任务三个方面，“十四五”期间我国新能源面临“大规模开发、高水平消纳、更可靠保供”的多重挑战，必须坚持系统观念，统筹电源与电网、新能源与常规发电、新能源开发与充分消纳之间的关系；必须坚持创新驱动，围绕资源潜力二次评估、风光功率准确预测、灵活负荷需求响应、源网荷储协同互动四方面，通过先进科学理论与学科交叉融合，重点攻克数据驱动气象资源评估、极端天气下与中长周期的新能源发电功率预测、高精度需求响应基线估计与虚拟电厂优化运营、源网荷储自律协同优化调控等一系列关键技术，进一步完善电力市场交易机制，破解大规模集中式风电/光伏发电的消纳难题，推动我国能源绿色低碳转型。

（编辑：韩语）

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