當(dāng)前，我國可再生能源產(chǎn)業(yè)正由裝機規(guī)模高速增長向高比例消納時代邁進，風(fēng)電、光電也從過去的“微不足道”變?yōu)椤芭e足輕重”。業(yè)內(nèi)專家學(xué)者紛紛表示，大規(guī)模、高比例新能源并網(wǎng)必將對電力系統(tǒng)特性帶來顯著影響，而通過構(gòu)建廣泛互聯(lián)的新一代電力系統(tǒng)、升級新能源涉網(wǎng)技術(shù)來支撐電網(wǎng)電壓、頻率穩(wěn)定成為趨勢。

裝機快速增長

給電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)

據(jù)統(tǒng)計，截至2019年底，我國可再生能源發(fā)電裝機達7.94億千瓦，同比增長9%，占全部電力裝機的39.5%，其中，水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電裝機規(guī)模均為世界第一?！澳壳?，新能源已成為主力電源之一。截至2019年6月底，國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)新能源累計裝機3.2億千瓦，是2008年的38倍，占全網(wǎng)總裝機21%，成為全網(wǎng)第二大電源?！眹W(wǎng)國調(diào)中心原副總工程師裴哲義在9月22日人力資源和社會保障部主辦、中國水力發(fā)電工程學(xué)會承辦的“風(fēng)光水電力扶貧及生態(tài)修復(fù)高級研修班（第二期）”上預(yù)測，2035年新能源裝機將達13.8億千瓦。根據(jù)目前新能源實際運行特性，預(yù)計日最大功率波動可達6億千瓦，是目前華東電網(wǎng)最大負荷的2倍，對電網(wǎng)實時平衡能力帶來巨大挑戰(zhàn)。

中國電科院新能源研究中心總工程師遲永寧也曾公開表示，大規(guī)模新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)運行與控制帶來一系列新的系統(tǒng)問題與挑戰(zhàn)，如系統(tǒng)慣量、頻率調(diào)節(jié)能力降低，系統(tǒng)電壓調(diào)控能力減弱，故障與震蕩特性發(fā)生重大變化。

在裴哲義看來，高滲透率新能源還改變了電力系統(tǒng)基礎(chǔ)特性，新能源快速發(fā)展帶來電力系統(tǒng)高度電子化，對以交流技術(shù)為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)分析理論提出了挑戰(zhàn)。

電力基礎(chǔ)設(shè)施

對清潔轉(zhuǎn)型支撐不足

據(jù)了解，新能源發(fā)電在時間維度上具有季節(jié)性、時段性的波動和隨機特點，在地域上又受限于資源分布不均衡，需要多資源互補、跨地域互補，目前我國能源電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還難以實現(xiàn)多能互補、時空互濟、協(xié)調(diào)運行要求。而且，我國可再生資源與負荷逆向分布，其中，風(fēng)能、太陽能資源集中在“三北”地區(qū)，水能資源集中在西南地區(qū)，用電負荷集中在華北、華東、華中、華南地區(qū)，占全國用電量80%以上。這決定了西部北部大量清潔能源需要輸送到東中部消納，對電網(wǎng)輸送能力提出了更高要求。

“目前電力基礎(chǔ)設(shè)施對清潔轉(zhuǎn)型的支撐能力還有待進一步提升，新能源高滲透率電力系統(tǒng)控制技術(shù)亟待提高。”裴哲義表示，由于新能源發(fā)電的波動性和隨機性，特別是分布式發(fā)電的“弱調(diào)度”特點，高滲透率電力系統(tǒng)運行控制難度加大，需要研究多資源、多目標(biāo)、多約束的協(xié)調(diào)控制技術(shù)。

在調(diào)節(jié)能力方面的挑戰(zhàn)是，新能源大量替代常規(guī)火電，導(dǎo)致電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)能力嚴重不足，電壓支撐“空心化”嚴重，存在頻率、電壓崩潰風(fēng)險。同時，風(fēng)電的“弱轉(zhuǎn)動慣量”和光伏的“零轉(zhuǎn)動慣量”導(dǎo)致電力系統(tǒng)等值轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，電力系統(tǒng)作為旋轉(zhuǎn)慣量系統(tǒng)，由于抗擾動能力下降，易發(fā)生穩(wěn)定破壞。

此外，現(xiàn)有國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對常規(guī)火電、水電機組一次調(diào)頻調(diào)壓性能都有明確規(guī)定，但對新能源機組一次調(diào)頻調(diào)壓性能未做要求，因此，風(fēng)電、光伏電站并不參與系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)壓。

緊抓可再生能源

跨流域跨區(qū)域互補特性

可再生能源在時間維度上具有明顯的季節(jié)性和時段性，并具有區(qū)域內(nèi)水風(fēng)光互補、跨流域水電互補、跨區(qū)域風(fēng)光互補特性，因此，通過廣泛互聯(lián)的新一代電力系統(tǒng)，可實現(xiàn)全網(wǎng)發(fā)供用多能互補、時空互濟、友好包容。裴哲義認為：“通過資源模擬分析，西北地區(qū)相同容量的風(fēng)電、光伏互補后，日發(fā)電出力最大波動范圍減少10-15%。”

解決高比例可再生能源消納問題，除多能互補外，提升新能源涉網(wǎng)技術(shù)水平是保障電網(wǎng)安全運行的必要條件。為此，國網(wǎng)近年來持續(xù)提升新能源調(diào)度技術(shù)水平，研發(fā)建立風(fēng)電機組、風(fēng)電場、光伏發(fā)電單元、光伏電站的詳細仿真模型，構(gòu)建新能源發(fā)電并網(wǎng)接入電力系統(tǒng)的仿真分析平臺；研發(fā)風(fēng)電場實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對風(fēng)電場資源和運行信息的實時監(jiān)測；開發(fā)風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)、有功和無功控制系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)；研發(fā)適用于平原、丘陵、山地等地形及高原山地、溫帶海洋性/大陸性、亞熱帶季風(fēng)等多種氣候類型的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)。

據(jù)悉，國網(wǎng)在“三北”各?。▍^(qū)）已安裝30套新能源AGC（自動發(fā)電控制）、AVC（電網(wǎng)自動電壓無功控制）系統(tǒng)，實現(xiàn)新能源通道能力充分利用、發(fā)電空間規(guī)范分配、無功電壓穩(wěn)定控制。“國網(wǎng)還組織開發(fā)了新能源測算工具?！迸嵴芰x介紹，按季度滾動開展經(jīng)營區(qū)新能源消納測算，確定新能源利用率總體目標(biāo)、新增裝機布局等，并向國家能源局報告相關(guān)情況，得到認可。目前國網(wǎng)正在完善并試點部署水電消納能力計算評估工具，開展水電消納能力和棄水專題分析。

原標(biāo)題:國網(wǎng)傾力破解高比例新能源消納難題（清潔發(fā)展）