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破解新型电力系统构建“压轴题”

2021-10-28 10:59:32 中国电力企业管理   作者: 邓卓昆 李易峰   

目前,新疆电网电源结构呈现出“新能源占比高、火电自备电厂占比高,供热机组占比高,可调节电源少”的特点,既面临疆内电力、直流外送可靠供应和电网安全稳定运行压力大的问题,又面临新能源消纳配套支撑能力短缺、电网投资需求大的困境。

为落实新疆能源基地开发与外送建设,在过去五年,新疆新能源消纳支撑能力大幅提升,国网新疆电力有限公司(简称“新疆电力”)交出了极其亮眼的成绩单:“十三五”期间累计电网投资735亿元,建成世界首条±1100千伏直流工程,750千伏骨干网架覆盖全疆所有地州市,形成“内供四环网、外送四通道”主网架格局,新能源并网消纳支撑能力大幅提升。深化新能源云平台建设应用,全面提升新能源企业并网接入和补贴申报效率,累计接入新能源场站578座。全力做好新能源交易组织工作,积极拓展自备电厂绿电交易规模,不断扩大新能源消纳空间。服务新疆新能源装机达到3583万千瓦,位居全国第四、西北第一,占比超过总装机的三分之一。“十三五”累计消纳新能源电量2303亿千瓦时,较“十二五”增长3.35倍,利用率提升28.1%。2021年上半年消纳新能源电量374亿千瓦时,同比增长3.7%,利用率达到93.7%,有力推动新疆能源转型发展。

“按照国家电网有限公司碳达峰、碳中和行动方案部署,新疆电力将努力在构建以新能源为主体的新型电力系统实践中先行示范,为建设新时代中国特色社会主义新疆提供坚强电力保障。”接受记者采访时,新疆电力董事长、党委书记谢永胜表示。在推进能源转型、构建以新能源为主体的新型电力系统实践过程中,如何充分发挥好电网枢纽作用,把控新能源发展步伐,以技术、管理和机制创新三轮驱动,确保新能源消纳不出现“卡脖子”问题,是新疆电力孜孜以求的长期目标,也是南疆地区作为国家电网新型电力系统建设“试验田”务必按期高质量完成的“必选题”。

新能源消纳之难,源于多元因素叠加

9月的喀什阳光依然明媚,走进中广核英吉沙光伏电站发电侧储能试点项目,记者一行发现了普通光伏电站没有的“超大号充电宝”——一排排磷酸锂铁电池。上述项目正是用于保障电力系统稳定、解决电力电量平衡困难、提升电网调节能力的新型储能项目。“在电网公司引导配上储能项目后,去年光伏电站利用小时数达到1320小时,比前几年都高,而且根据新疆的政策,我们每年还能额外获得100小时的发电量。”该电站站长刘亮山如是说。

构建以新能源为主体的新型电力系统,解决新能源并网消纳及支撑难题是一道绕不过的弯。消纳之难,究其根本,源于区域特点、新能源特性、网架制约、源荷不匹配、调峰资源有限等多元因素的叠加。新疆新能源弃电率于2016年曾高达37%,一度被国家能源局列入新能源消纳红色预警区。消纳之难,难于上青天!

消纳难,源于新疆区域特点。从产业发展结构来看,新疆属于资源型区域,经济发展依赖资源。新疆高载能行业占一半以上,是能耗强度和碳排放强度主要贡献力量,加上新疆本身是能源资源大省,用能成本有一定优势,新疆电网属于典型的大送端,除满足自身用能需求外还有大量外送电需求。新疆能源电力降碳减排任务格外艰巨,电源结构复杂多元、负荷相对分散、电网可调节资源偏少,这都是新疆短期内无法改变的区域特点。

外送电的最大经济半径约为2500千米,以新疆省会为圆心,画一个半径2500千米的圆,仅仅能抵达河南省、四川省和安徽省的一部分,新疆外送电并不占地理优势。“新疆电网属于末端电网,其他省份可以通过省间多个电网互联通道实现电力互济,但新疆与西北联网交流通道主要用于支撑特高压直流外送稳定运行,互济作用较为有限。”新疆电力经济研究院企业管理与战略研究中心副主任李海峰分析说,“由于新疆地域实在太辽阔,负荷密度低,新能源汇集成本高,外送电受距离限制,沙漠、泥石流等特殊地理气候增大了设备运维难度,这些都是我们不得不面对的挑战。”

消纳难,源自电源电网结构复杂,以及电源、电网建设配套难以同步。电网方面,新疆除国家电网外还有兵团电网、石油系统自用电网等,市场主体多元、情况复杂,但承担新能源消纳的重担全落在了国网新疆电力肩上。为满足新能源大规模并网,亟须加快各级电网工程和新能源送出工程建设,源网荷储各环节建设和运营成本都将增加,系统成本被逐步推高。

目前,新疆电网正处于快速发展阶段,同时农网改造、乡村振兴等政策类民生类项目需求多,加之新能源大规模发展,导致新疆电网投资急剧增加,以70万千瓦火电来测算,同等电量效应情况下对应新能源装机175万千瓦,涉及的送出工程投资增加1.6亿元。2020年新疆电力资产负债率64.27%,已接近资产负债率红线指标,持续高强度投资能力有限。同时为解决高比例新能源接入电力系统带来的稳定运行问题,需要配套建设大量的储能、抽水蓄能电站等调节性电源,急剧增加系统综合供电成本。以新疆“十四五”电力规划为例,为支撑新增4000万千瓦新能源需要配套建设450万千瓦/2小时的储能项目,仅储能设施就增加系统成本81亿元。新疆电源结构复杂,布局优化难度较大,跨区跨省输电通道要与配套电源同步规划、同步建设、同步投产,才能实现社会效益的最大化,这其中电网要扮演项目推动者、“源网荷储”协同者、政企之间沟通协调者、工程进度节奏把控者的角色,其责任重大。

消纳难,还源自网架制约、源荷不匹配、调峰资源有限等其他因素。无论过去还是现在,新疆都存在新能源送不出去,或新能源电力发得出、送得出但却用不了的问题。“归根结底,新能源消纳就是用和送的问题,要以内用和外送为落脚点,着力解决网架制约问题、电网调节稳定运行问题,以及源荷之间的匹配问题。”据新疆电力经研院能源发展研究中心副主任陈伟伟介绍,“‘十四五’我们针对新能源消纳全环节,包括规划、建设、运行、调度、交易等进行优化,例如规划上结合负荷和电量的发展情况来分析和测算消纳情况,引导电源企业在消纳情况良好、电网又有覆盖的地方布局建设新电源。”

据新疆电力发展策划部副主任张锋介绍,调峰资源或者说调节性资源就是以效率的牺牲换取系统的安全,不管如何搭配,都会推高系统的成本。因此,本着社会效益最大化的原则,应优先发展和选用投入产出比高的调节性资源。比如新疆和北京有时差,部分地方甚至存在4个小时的时差,这个时差范围内造成的源荷网互补量巨大,如果能加强两地联系实现更多的外送,对全国新能源的消纳是一本万利的事情。总的来说,新疆电力将优先从电网侧挖潜,优先使用综合投资小、储能时序空间跨度大、稳定可靠的调节资源和技术。

新疆新能源并网消纳支撑能力节节攀升

据媒体报道,针对“双碳”目标,新疆“十四五”电力发展目标与任务是:力争到“十四五”末,全区可再生能源装机规模达到8240万千瓦,建成全国重要的清洁能源基地。

“新疆新能源弃电率由2016年历史最高值37%降低至今年8月的6.1%,新能源消纳预警由红转橙。新能源送出受阻情况大大减少、消纳形势持续向好,利用效率显著提升。”陈伟伟介绍说。

新能源消纳预警由红转橙意味着存量消纳问题得到初步解决,新的项目核准得以放开。这一重要转变的背后,是国网新疆电力锲而不舍地加强电网网架建设、推进本地消纳和电力外送相结合、增加调节能力。

电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进,这项拥有四项世界之最的电力超级工程正是“十三五”期间建成投运、国家实施“疆电外送”的第二条特高压输电工程——昌吉-古泉±1100千伏特高压直流输电工程。截至目前,新疆电力以乌鲁木齐为中心,向东西南北四个方向延伸的750千伏骨干网架覆盖了全疆所有地州市,形成“内供四环网、外送四通道”主网架格局,新能源并网消纳支撑能力大幅提升。未来,南疆还有望先行试点应用柔性直流输电技术,各电压等级网架建设将进一步完善,一切的工作都将围绕消纳更多新能源电量展开。

9月19日,在新疆莎车—和田Ⅱ回750千伏输电线路工程现场,施工人员正抓紧架设线路。上述工程是新疆重点民生工程之一,也新疆电力“煤改电”系列工程之一。工程投运后将大幅提升南疆电网供电能力与可靠性。2019年以来,新疆电力聚焦南疆“煤改电”一期工程目标任务,加快配套电网工程建设。目前,90%以上的配套电网工程已投运。工程投运后,南疆三地州89.2万户居民“伐薪取暖、燃煤取暖”彻底成为“老黄历”,这也拓宽了新能源的消纳渠道。未来,南疆还有望先行试点“光伏+取暖”“新能源+农业”“共享储能”等新业态、新模式,为新型电力系统示范区的建设充当“引路人”。

“十四五”时期,如何才能实现新能源资源最大化开发?新疆电力经研院党委书记、副院长韩刚表示,一是要从建设的角度出发,新疆电力将进一步完善主网架,提升关键送出通道的输送能力,包括提升新能源汇集能力、断面送受电能力和电网补强等。二是从市场的角度出发,首先是内用,尽可能挖掘疆内电力消纳能力,借助“电气化新疆”行动,提高能源终端用户的电气化比例,推广电动汽车、清洁采暖、煤改电等,把疆内自身的消纳潜力发挥出来,保障内用的基础上扩大疆电外送,通过特高压直流不断扩展新能源消纳市场。三是从交易机制的角度出发,探索新能源替代、绿电交易、发电权替代等交易手段,通过多元化的交易手段对市场进行深度挖掘。四是从调度的角度出发,寻找源网荷储最优的运行平衡点,将年度、季度、月度、日前计划等进行排列组合,为新能源再拓宽一部分消纳空间。

另一方面,如何实现新能源的安全高效利用?韩刚认为,一是靠调峰能力的补足,例如进一步推进疆内火电灵活性改造,尽可能发挥电网调峰能力,增加新能源电量,由于疆内存量火电尚有大量未进行灵活性改造的机组,综合考虑稳定性、经济性和安全性,这是提高调峰能力的优先选项。同时扩大全疆可调节能力的资源库,推广试点应用可中断负荷、需求侧响应、虚拟电厂等,提高负荷对电源出力的互动性与匹配度,新能源消纳水平会进一步提高。二是完善和理顺“政策体制”,出台源网荷储系列配套政策,完善关键体制机制,健全价格体系,按照“谁受益、谁承担”原则,由各市场主体共同承担转型成本。三是探索推动“新能源+储能+调相机”的发展模式,推动重大关键技术在疆落地实践,给新能源消纳提供创新的土壤。

总体而言,新能源消纳是一道涉及“源网荷储”全产业链的系统性、社会性、综合性的“压轴题”,解题过程中电网企业将担当“主笔”,一方面要“打铁还需自身硬”,采取技术升级、提升输送能力、优化调度等措施,持续提升新能源并网消纳能力;另一方面又要做到“天时地利人和”,“天时”即把准新能源发展步伐,“地利”即合理优化配置电源结构布局,争取实现新能源更大范围内消纳,“人和”即建立和完善畅通无阻的“源网荷储”多元协调机制,最终交出一份新能源消纳利用更加灵活、清洁能源发展更加迅速、绿色电力应用更加广泛的“满分答卷”。

本文刊载于《中国电力企业管理》2021年09期,作者邓卓昆系本刊记者,李易峰系本刊特约撰稿人




责任编辑: 江晓蓓

标签: 电力系统

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