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國家電網的“捕風”之道

發布日期: 2017-03-21

        近年來,風電裝機增長迅猛與棄風消納難題待解共同構成了中國風電行業的兩極。嚴重超出消納能力的風電“擠著”上網,給電網安全穩定運行帶來重重壓力。作為在消納過程中的關鍵一環,國家電網在加快新能源并網輸送通道和抽水蓄能電站建設、推進“兩個替代”、擴大新能源市場等方面,積極布局施策,全力消納風電。

哈密南—鄭州±800千伏特高壓直流輸電工程投運后,將新疆“風火”打捆外送,

發揮了很好的經濟和社會效益。 (田進 攝)

        中國風電,像風一樣快。

        早在2012年我國便摘得風電裝機容量世界第一的桂冠,2011~2016年,新增風電裝機均領跑全球。

        然而這句媒體對中國風電裝機的評價卻并不適用于整個風電行業的發展。我國面臨著越發嚴重的棄風消納難題,“邊建邊棄”的怪圈連續多年始終存在。全國棄風率從2014年的8%,上升到2015年的15%,到2016年部分地區甚至超過40%。

        是什么正掣肘著在能源轉型發展大趨勢下本應火熱的“風光”?一邊是嚴重超出消納能力的風電“擠著”上網,一邊是電網安全穩定運行壓力重重,作為在消納過程中不可或缺的關鍵一環,國家電網全力求解“捕風”之道。

舉措一:加快輸電通道建設

        加快建設新能源并網工程和跨區跨省輸電通道,打造清潔能源大范圍優化配置的堅強平臺,滿足新能源集中大規模開發和全國消納需求,是解決棄風棄光問題的治本之策

        如果將電力消納市場比做一個水桶,那么由于經濟增速放緩、電力增速減慢等原因,如今水桶近滿,而新能源等各類電源還在不斷地注水。如何將溢出的水通過合理配置送到需要的地方,就成為解決問題的關鍵。破解我國風資源集中、規模大、遠離負荷中心、就地消納市場有限的困境,同樣是這個道理。

        截至2016年年底,“三北”地區新能源裝機合計1.63億千瓦,但電力外送能力只有3700萬千瓦,而且還要承擔煤電基地外送任務,遠遠不能滿足送出需要。

        加快建設新能源并網工程和跨區跨省輸電通道,讓風電及時并網、順暢送出、高效消納,是解決棄風問題的治本之策。

        一方面,面對風電項目“井噴式”地上馬,國家電網公司加快建設配套工程,持續完善并網服務。“十二五”至今,國家電網調度范圍內累計新增風電等新能源并網項目5000余個,保證了國家和各級地方政府核準的風電項目全部及時并網發電。

        另一方面,基于我國資源與負荷中心逆向分布的現實帶來的本地消納空間不足,以及規劃不同步造成的外送瓶頸,國家電網千億投資跨省跨區輸電,先后建成吉林、甘肅、青海、蒙東、新疆等地區新能源基地并網送出配套工程。2016年,國家電網公司750千伏及以下新能源并網及輸送工程總投資91億元,建成新能源并網及送出線路5049千米,為風電大規模開發和高效利用提供堅強支撐。

        消納成效如何?數據說話。

        截至2016年年底,國家電網經營區域新能源并網裝機突破2億千瓦,2016年全年,消納清潔能源達11893億千瓦時。國家電網調度范圍內,16個省區的新能源成為第二大電源。

        萬億電量中,特高壓等跨區跨省輸送通道發揮了至關重要的作用。僅2016年1~10月,通過特高壓交易清潔能源電量就超過1000億千瓦時,占特高壓交易總量的七成多。

        在2016年棄風率最高的甘肅,酒泉風電基地裝機規模已超過1300萬千瓦,亟待特高壓發揮外送作用。國家能源局《關于支持甘肅省創建新能源綜合示范區的復函》中明確要求,確保酒泉—湖南特高壓直流工程年輸送新能源電量占比40%以上。根據規劃,該工程年送電可達420億千瓦時,40%則意味著工程年輸送新能源發電超168億千瓦時。這個可期的數字與2016年前10個月甘肅風電光伏發電量基本持平,會讓酒泉陸上“三峽”、世界風庫的美譽更加名副其實。

        截至2016年12月,包括“四交四直”特高壓工程在內的國家電網納入大氣污染防治11條重點輸電通道已全部開工。其中,投運不久的蒙西—天津南交流以及在建的錫盟—江蘇、上海廟—山東直流工程都瞄準了蒙西新能源送出,三條輸電高速路旨在將內蒙古新能源源源不斷送往華北、華東負荷中心。

        2016年年底《電力發展“十三五”規劃》和《風電發展“十三五”規劃》發布,明確了“十三五”風電發展的總量目標,即到2020年全國風電裝機達到2.1億千瓦以上,并提出大力發展新能源,要優化調整開發布局,依托電力外送通道,有序推進“三北”地區可再生能源跨省區消納4000萬千瓦。

        這一系列特高壓重點工程的建設,對西部、北部大型能源基地來說,將促進能源基地集約化開發,擴大風電、光伏發電等清潔能源消納范圍,加快當地資源優勢向經濟優勢轉化;對落點的京津冀魯、長三角等地區,則對滿足負荷中心的清潔用電需求、助力經濟社會發展具有重要意義,讓“無限風光”更多地并得上、發得出、能消納。

舉措二:提升電網平衡調節能力

        加快建設抽水蓄能電站,提升系統調峰能力,持續完善調度支持系統,優化系統運行方式,發揮交易平臺作用,擴大跨省跨區交易規模,是實現新能源高效消納的重要保障

        2016年12月8日,遼寧清原、江蘇句容、福建廈門、新疆阜康抽水蓄能電站開工。對于已進入供暖季的北方地區,四座電站的開工顯得尤為重要。

        來自國家電力調度中心的數據顯示,2016年,國家電網經營區63%的棄風電量發生在供暖期,低谷棄風電量又占總棄風量的80%。這主要是由于“三北”地區大風期與供暖期重疊,而“三北”地區電源結構單一,抽水蓄能等靈活調節電源比重低,供熱機組不能深度調峰,保供熱和新能源消納矛盾突出。比如東北地區就出現了供熱期火電最小技術出力超過最小用電負荷的情況,完全沒有消納風電的空間。

        作為目前最具經濟性的大規模儲能設施,抽水蓄能電站就像清潔能源的“蓄水池”,在增強系統運行靈活性、保障電網安全的同時,為提高電網消納能力提供了重要支撐。

        近年來,抽水蓄能電站的建設步伐加快,截至2016年年底,累計建成21座抽水蓄能電站,裝機容量達到1918萬千瓦。其中“三北”地區建成投運7座抽水蓄能電站,裝機容量達577萬千瓦;開工建設陜西鎮安等5座抽水蓄能電站,合計裝機容量715萬千瓦,西北地區將結束無抽水蓄能電站歷史。

        在運抽水蓄能電站在上一個供暖季已充分彰顯了價值。2015年,遼寧蒲石河、吉林白山和北京十三陵抽水蓄能電站負荷低谷抽水啟動分別為1268、546、980次,累計消納風電電量達33.5億千瓦時。2016年,抽水蓄能電站平均綜合利用小時數3185小時,同比增長78%,為有史以來最高,增加消納新能源電量103億千瓦時。

        未來,抽水蓄能電站建設力度還將加大。國家能源局部署推進能源領域供給側結構性改革,確定化解消納存量、優化系統調度運行、發展抽水蓄能等調峰電源作為解決棄風棄光問題的重要舉措。《電力發展“十三五”規劃》中,指標更加明確:“十三五”期間建成1700萬千瓦、開工建設6000萬千瓦抽水蓄能電站。2.1億千瓦的風電總裝機容量目標,必然要求系統調節能力和保障手段的同步增強。加快建設抽水蓄能電站的戰略意義和全局影響將更加凸顯。

        如果說建設外送通道和抽水蓄能電站是解決棄風問題的長久之計,那么優化系統運行方式和擴大跨省跨區交易規模則是更為直接和高效的良策,也充分體現了電網調度側的精準和公平。

        為提高新能源預測預報和調度水平,國家電網公司全面部署風功率預測系統,建成世界上規模最大、信息最全的風電運行實時調度監測網絡。至2015年年底,27個省級調度機構就已全部部署風功率預測系統,實時調度監測網絡實現國家電網調度范圍內風電場全覆蓋。

        更直接的舉措是實施“兩個替代”、電力直接交易、新能源企業與自備電廠發電權置換等措施,努力拓展新能源消納市場。2016年,電采暖、港口岸電等4.1萬個電能替代重點項目的實施共完成替代電量1030億千瓦時。同時,公司推進風電供暖,投資超8000萬元,為吉林洮南等8個風電供熱站建設配套電網,優先安排參與供暖的風電場發電。僅新疆達坂城風電清潔供暖示范項目每年就能消納風電1.2億千瓦時,與原有供暖設施相比,可減少標煤消耗4萬噸。

        此外,依托大電網、大市場,國家電網公司發揮交易市場平臺作用,打破省間壁壘,鼓勵新能源企業積極參與外送,支持西部北部風電等清潔能源通過集中交易、雙邊交易等市場化交易方式實現跨區跨省消納。2016年全年,北京電力交易中心開展各類交易1200余次,完成包括新能源在內的市場化交易電量7907億千瓦時,同比增長59%。

舉措三:以技術創新提升電網接納能力

        持續加強新能源技術研發創新,提高各級電網智能化水平,增強新能源發電的可控性,是加快新能源發展的重要推動力

        都說新能源大規模并網消納難。難在哪里?

        預測難、控制難、調度難。中國電科院新能源所專家表示,必須在風電并網運行的核心技術上攻克難關,在有效提高新能源接納能力的同時,確保電網運行的穩定性。

        圍繞建設堅強智能電網,從技術研發到工程示范再到標準規范,國家電網公司持續在創新上用力。“十二五”以來,已累計投入超20億元開展課題研發,研究領域覆蓋新能源發電裝備、新能源并網仿真及規劃、大容量儲能等,多項關鍵技術取得突破。如采用先進控制手段優化風電場有功出力,解決風機低電壓穿越、新能源集群控制等重大技術問題;研究高壓大容量柔直關鍵技術,緩解風電基地高比例可再生能源高效接納和外送問題;發展儲能技術,推進虛擬同步機研究,促進新能源并網消納。

        值得一提的是,2016年12月,國家風光儲輸示范工程榮獲中國工業大獎。該工程是目前世界最大的集風電、光伏、儲能裝置和智能輸電“四位一體”的新能源綜合性示范工程,讓風電、光伏發電與儲能發電搭配成像火電一樣穩定可靠的電源,實現大規模并入電網。

        國網冀北電力風光儲公司負責人介紹說,工程儲能技術的創新,削弱了風光出力的“毛刺”,解決了“安全”這一電網運行最核心的問題。目前,示范工程已累計輸電超過28億千瓦時,創新成果應用于美國及我國寧夏、青海多個新能源聯合發電示范工程,讓大規模新能源精益化運行擁有強有力的技術支撐。

        為了讓風電場與電網在相同的語言體系內協調發展,截至2016年年底,國家電網公司累計發布新能源相關技術國際標準1項、國標19項、行標40項、企標40項。

        針對棄風棄光問題,曾有業內人士表示,如果在新能源迅猛發展的“十二五”之初,國家有關部門就能意識到新能源電源和電網工程協調發展的重要性,超前核準一批“三北”地區電力外送通道項目,那么,棄風、棄光也許不會像現在這么嚴重。

        這樣的“也許”并不能改變現狀,其意義更在于反思和探究未來。

        《電力發展“十三五”規劃》和《風電發展“十三五”規劃》都在解決棄風問題上布局落子——首先在可再生能源的布局上要進行優化,棄風棄光的地區要適當放緩規模和節奏;其次堅持集中建設與分散建設并舉的原則,以就近消納為主;最后全面提升系統的靈活性,提高電力系統的調峰能力。

        令人欣慰的是,以國家電網公司為代表的能源企業已經在這樣的路徑上開始實踐。“力爭2017~2018年,棄風棄光矛盾得到有效緩解,到2020年,根本解決新能源消納問題,棄風棄光率控制在5%以內。”這正是國家電網公司立足電網本職提出的方向和目標。

        信息來源:國家電網報社

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