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新能源电力消纳为什么那么难
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摘要:【能源人都在看,点击右上角加'关注'】 北极星售电网讯:多年来,风电和光伏发电的波动性、随机性、反调峰特性、极热无风、晚峰无光等等已成老生常谈,有人怨外送能力不够,有人
【能源人都在看,点击右上角加'关注'】
北极星售电网讯:多年来,风电和光伏发电的波动性、随机性、反调峰特性、极热无风、晚峰无光等等已成老生常谈,有人怨外送能力不够,有人说电源结构不合理,也有人要需求响应,新能源电力消纳问题好像盲人摸象,显然还没有形成共识。个人认为,新能源集中开发模式,按照制约问题出现的先后,依次是应该送出问题、消纳问题、系统安全问题。
(来源:微信公众号“能源理论与实践”作者:每天一小步)
新能源发展初期,由于新能源项目开发与电网建设的周期不同、协调不够,接网和送出问题是首先出现的局部问题。
新能源发展规模较大时,局部(省级或区域)电力系统出现调峰问题,新能源消纳问题会日益突出。
新能源进一步大规模高占比发展,局部问题逐渐向全系统扩散,由于新能源机组的惯量较小,常规电源占比下降,系统出现调频问题将日趋严重。这也是新能源发展到一定规模必须面临的系统难题。
新能源电力消纳是一项系统工程,是新能源和电力系统的特征决定的。电力系统不只是发电企业,不只是电网,更不只是用户,而是由“发输配用储”一系列环节组成的系统。所以,新能源电力消纳问题要坚持系统思维。
2020年12月7日的中国能源报,发表了一篇“电力系统灵活性提升难在哪”,引用了《电力发展“十三五”规划》。“十三五”期间,将在“三北”地区推行热电机组灵活性改造约1.33亿千瓦、纯凝机组改造约8200万千瓦;抽水蓄能电站装机达到4000万千瓦左右;全国气电装机2020年达到1.1亿千瓦以上。然而,“十三五”收官在即,电力系统灵活性提升目标却远未完成:截至2020年9月底,我国气电装机容量9637万千瓦、抽水蓄能装机容量3089万千瓦,均大幅低于规划目标;煤电灵活性改造进度更为缓慢,截至2019年底,只改造完成5775万千瓦,仅为目标改造容量的1/4,且截至目前情况并无明显改观。
究其缘由,就是价格形成机制。长期以来,缺水区域电力系统的调峰、调频等责任大都由火电机组承担,但随着新能源规模越来越大、比例越来越高,以火电机组为主的电力系统已经不堪重负。
新能源发展的技术边界在哪里?
可以确定的是,碳达峰碳中和目标下,以风电和光伏发电为代表的新能源在2030年前将呈更大规模、更高速度发展态势。在电力系统基本控制理论没有大进步的情况下,仍要深入研究新能源送出、系统调峰问题和系统频率稳定问题。
新能源送出的系统经济性要给予足够重视。发电企业更注重电量上网的利益,造成新能源发电机组仍不能承担其应有的责任。经过十多年的技术进步,新能源发电机组发电效率大幅提升,但涉网性能并没有得到同步提升,电压支撑能力、功率控制水平远不能与常规机组相比。客观地说,由于新能源利用率不高,电网企业大规模投入新能源接网和送出工程整体效率偏低。经过十多年的发展,资源富集的区域电网送出大多已经饱和,新能源送出全部依靠新增输电通道解决。这一部分电网投资不产生电量,纳入输配电价有效资产后,一方面会引起输配电价上升,另一方面即使纳入输配电价也难以取得合理回报。
电力系统调峰问题相对容易解决。电力系统调峰问题主要反映的是电源结构,水电等灵活调节电源的多寡决定了电力系统调峰裕度,当然与用电端的负荷特性也密切相关。困难的是,新能源富集的“三北”地区多以火电为主,而且多承担供热任务,在风电大发的冬春两季系统调峰能力极小,这也是当前新能源消纳问题的关键。在现有技术条件下,发电侧的灵活调节改造、储能和需求响应是解决系统调峰问题的三大类措施。如果制定相应的电价引导机制,从发电侧、储能和需求响应三方面发力,系统调峰问题相对容易解决。
高占比新能源电力系统频率稳定的认识还不够。与传统同步发电机相比,新能源发电机组转动惯量小或没有转动惯量。什么是转动惯量?简单说,电力系统是在发电机组带动下实时平衡的旋转系统,当系统发生故障时,由强大的发电机群将系统拉回平衡运行状态。转动惯量小的系统,抗干扰能力也较小。我们可以假设,当系统替换为新能源机组,系统惯量很小,那么电力系统就成为一个“轻”系统,一点干扰就可能导致系统失稳。一些单位已经研究了高占比新能源电力系统频率稳定约束,但还没有提出切实可行的控制措施,这将是新能源发展面临的另一个即将到来的系统性难题。
文章来源:《中国电力教育》 网址: http://www.zgdljyzz.cn/zonghexinwen/2021/0316/939.html
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