導(dǎo)讀

風(fēng)電是遼寧省最為主要的新能源發(fā)電形式，按照電源規(guī)劃，遼寧風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模將保持高速增長。2020年、2030年風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到1003萬kW、1603萬kW，裝機(jī)比例將達(dá)到17.8%和20.0%。在提供清潔能源、減少污染物排放的同時(shí)，風(fēng)電并網(wǎng)比例逐年增加也給系統(tǒng)運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)，規(guī)劃的風(fēng)電能否被電網(wǎng)全部消納需要進(jìn)一步深入研究。

遼寧電網(wǎng)風(fēng)電消納原理

影響電力系統(tǒng)風(fēng)電接納能力的因素眾多，如電壓波動(dòng)、暫態(tài)穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)潮流和調(diào)峰等。調(diào)峰能力是最為關(guān)鍵的因素之一，在風(fēng)電穿透率較高的電力系統(tǒng)中，必須具備充足的調(diào)峰容量，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1為遼寧電網(wǎng)風(fēng)電消納原理圖，紅色曲線為最大可調(diào)出力曲線，褐色曲線為最小可調(diào)出力曲線，綠色曲線為負(fù)荷曲線。最大可調(diào)出力曲線為各時(shí)段省調(diào)直調(diào)的常規(guī)機(jī)組計(jì)劃最大出力、聯(lián)絡(luò)線受入功率、地方電廠最大上網(wǎng)功率及旋轉(zhuǎn)備用功率加和；最小可調(diào)出力曲線為各時(shí)段省調(diào)直調(diào)的常規(guī)機(jī)組最小出力、聯(lián)絡(luò)線受入功率及地方電廠最小上網(wǎng)功率加和。圖中尖峰最大電力為1950萬kW，低谷最小電力為1540萬kW，峰谷差為410萬kW。

圖1 典型日遼寧電網(wǎng)可調(diào)出力和供電負(fù)荷曲線

從電網(wǎng)運(yùn)行角度看，風(fēng)電能否被電網(wǎng)全部接納取決于負(fù)荷與常規(guī)電源最小出力的差額是否充裕，即新能源發(fā)電的上網(wǎng)空間(接納風(fēng)電容量，圖1中綠色曲線與褐色曲線之間的部分)。由圖1可見，負(fù)荷低谷時(shí)段是1天中風(fēng)電接納能力最低時(shí)段，也是風(fēng)電棄風(fēng)的主要時(shí)段。將最小可調(diào)出力及風(fēng)電出力相加可得到含風(fēng)電出力的省調(diào)最小可調(diào)出力，如圖2—圖4中藍(lán)色曲線所示。下面列出3種典型的風(fēng)電接納情況。

a、負(fù)荷低谷時(shí)段需要棄風(fēng)電出力當(dāng)電網(wǎng)中常規(guī)電源由于供暖或其他約束導(dǎo)致低谷時(shí)段出力較大時(shí)，包含風(fēng)電功率的最小可調(diào)出力(圖2曲線中高于負(fù)荷低谷曲線的部分)必須切掉，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 負(fù)荷低谷時(shí)段棄風(fēng)出力及相關(guān)曲線

b、負(fù)荷尖峰時(shí)段需要棄風(fēng)電出力當(dāng)負(fù)荷尖峰時(shí)段風(fēng)電出力較大時(shí)，包含風(fēng)電功率的最小可調(diào)出力曲線高于負(fù)荷曲線的部分必須切除(見圖3)，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 負(fù)荷尖峰時(shí)段棄風(fēng)出力及相關(guān)曲線

c、所有時(shí)段均不需要棄風(fēng)電出力若所有時(shí)段機(jī)組最小可調(diào)出力曲線均低于負(fù)荷曲線，則無需棄風(fēng)(見圖4)。

圖4 風(fēng)電全接納及相關(guān)曲線

風(fēng)電消納能力分析

1.2020年風(fēng)電消納能力

根據(jù)遼寧風(fēng)電特性，并參考遼寧調(diào)峰平衡情況，對(duì)2020年遼寧電網(wǎng)消納能力進(jìn)行研究。風(fēng)電接納容量最大的月份為6月，最大接納風(fēng)電裝機(jī)容量為1081萬kW；風(fēng)電接納容量最小的月份為11月，可接納風(fēng)電裝機(jī)容量為818萬kW。全年風(fēng)電限電量為1.43億kWh，其中供暖期棄風(fēng)電量為1.24億kWh，占全年棄風(fēng)電量的86.66%。與2015年相比，2020年風(fēng)電消納能力明顯提高，這主要得益于新投建的清遠(yuǎn)抽水蓄能電站，使系統(tǒng)調(diào)峰能力得到一定提升。

2.2030年風(fēng)電消納能力

對(duì)2030年遼寧電網(wǎng)消納能力進(jìn)行研究。風(fēng)電接納容量最大的月份為8月，最大接納風(fēng)電裝機(jī)容量為3416萬kW，風(fēng)電接納容量最小的月份為11月，可接納風(fēng)電裝機(jī)容量為2573萬kW。根據(jù)遼寧省風(fēng)電規(guī)劃情況，預(yù)計(jì)遼寧省2030年可以接納全部風(fēng)電裝機(jī)。

其他電源對(duì)風(fēng)電消納能力的影響

1.水力發(fā)電對(duì)風(fēng)電消納的影響

遼寧電網(wǎng)常規(guī)水電規(guī)模僅173萬kW，擴(kuò)機(jī)可能性及規(guī)模都受到限制，不可能成為主力調(diào)峰電源，解決不了大規(guī)模風(fēng)電入網(wǎng)的問題，因此今后發(fā)展常規(guī)水電的可能性較小。而建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站用于調(diào)峰填谷，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，是目前比較理想的調(diào)峰電源。在可能的情況下應(yīng)盡量開發(fā)抽水蓄能電站，配合電網(wǎng)中其它調(diào)峰電源來維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定，更多吸納寶貴的風(fēng)能資源。

研究表明，抽水蓄能電站可以平抑間歇性、波動(dòng)性、不可預(yù)測(cè)性等造成的風(fēng)電不確定性，降低調(diào)度難度，并可通過峰谷電價(jià)提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。遼寧省目前已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行120萬kW抽水蓄能機(jī)組，按照遼寧省“十三五”電力工業(yè)規(guī)劃，預(yù)計(jì)“十三五”期間可投產(chǎn)清遠(yuǎn)抽水蓄能電站。若抽水蓄能電站投產(chǎn)時(shí)間推遲，會(huì)對(duì)風(fēng)電接納能力造成影響。

以2020年遼寧省電源結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，改變抽水蓄能裝機(jī)容量，分析抽水蓄能對(duì)風(fēng)電消納能力的影響。遼寧省2020年每投產(chǎn)10萬kW抽水蓄能機(jī)組，可多接納風(fēng)電裝機(jī)容量26～39萬kW。因此若清河抽水蓄能電站90萬kW機(jī)組未能按時(shí)投產(chǎn)，會(huì)影響風(fēng)電消納能力242～344萬kW。

2.核電對(duì)風(fēng)電消納的影響

（1）核電建設(shè)進(jìn)度對(duì)風(fēng)電消納的影響

按照傳統(tǒng)調(diào)度方法，核電通常按滿發(fā)考慮，不參與調(diào)峰，勢(shì)必會(huì)擠占風(fēng)電低谷上網(wǎng)空間。按照規(guī)劃，2020年遼寧電網(wǎng)將新增1臺(tái)核電機(jī)組，到2030年，遼寧電網(wǎng)將再新增7臺(tái)核電機(jī)組，裝機(jī)容量達(dá)1200萬kW。按照調(diào)峰原理，核電機(jī)組的建設(shè)進(jìn)度直接影響著系統(tǒng)風(fēng)電消納能力，因此有必要對(duì)核電發(fā)展速度改變后的風(fēng)電消納能力進(jìn)行研究。以2020年遼寧省電源結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算新增1臺(tái)核電機(jī)組前后電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力。遼寧省2020年投產(chǎn)1臺(tái)100萬kW核電機(jī)組后，系統(tǒng)將減少接納風(fēng)電裝機(jī)容量49～69萬kW。

（2）核電開機(jī)方式對(duì)風(fēng)電消納的影響

核電機(jī)組的傳統(tǒng)開機(jī)方式為所有機(jī)組全部開機(jī)滿發(fā)。近年來，隨著風(fēng)電并網(wǎng)比例逐年增加，傳統(tǒng)開機(jī)方式嚴(yán)重影響了風(fēng)電接納水平，使供暖期低谷棄風(fēng)現(xiàn)象十分普遍。為降低低谷棄風(fēng)電力，提高清潔能源利用率，在供暖期停開部分核電機(jī)組是一種可行的方法。

以2020年遼寧省電源結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，按照非供暖期全部核電機(jī)組開機(jī)，供暖初末期1臺(tái)核電機(jī)組停機(jī)，供暖中期1～2臺(tái)機(jī)組停機(jī)的方法重新計(jì)算電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，減少供暖期核電機(jī)組開機(jī)臺(tái)數(shù)可明顯提高系統(tǒng)接納風(fēng)電的能力。當(dāng)在供暖期停開1臺(tái)核電機(jī)組時(shí)，供暖期接納風(fēng)電裝機(jī)容量增加49～69萬kW，經(jīng)估算可減少棄風(fēng)電量0.62億kWh，占供暖期總棄風(fēng)電量的50%;當(dāng)在供暖初末期停開1臺(tái)核電機(jī)組、供暖中期停開2臺(tái)核電機(jī)組時(shí)，供暖中期可多接納風(fēng)電裝機(jī)容量49～129萬kW，經(jīng)估算可減少棄風(fēng)電量0.81億kWh，占供暖期總棄風(fēng)電量的65%。

負(fù)荷特性對(duì)風(fēng)電消納的影響

日最小負(fù)荷率是衡量電網(wǎng)調(diào)峰需求高低的重要指標(biāo)，考慮到遠(yuǎn)期產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷需求側(cè)管理等因素的不確定性，電網(wǎng)日最小負(fù)荷率的大小也存在著一定的不確定性，為考慮其對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰的影響，以下以2020年電源結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)電網(wǎng)日最小負(fù)荷率上升和下降的方案分別予以分析。

a.日最小負(fù)荷率上升

日最小負(fù)荷率上升后，電網(wǎng)調(diào)峰需求會(huì)相應(yīng)降低，若2020年電網(wǎng)夏季、冬季日最小負(fù)荷率分別上升0.03，計(jì)算表明，遼寧省全年最大峰谷差減小124萬kW，在充分發(fā)揮煤電、水電、抽水蓄能等電源的調(diào)峰能力之后，規(guī)劃風(fēng)電可基本予以消納。

b. 日最小負(fù)荷率下降

當(dāng)日最小負(fù)荷率下降，電網(wǎng)調(diào)峰需求會(huì)相應(yīng)增加，若2020年電網(wǎng)夏季、冬季日最小負(fù)荷率分別下降0.03，計(jì)算表明，在充分發(fā)揮煤電、水電、抽水蓄能等電源的調(diào)峰能力之后，電網(wǎng)供熱期各月調(diào)峰均存在較大缺口，將減少接納風(fēng)電裝機(jī)容量165～233萬kW。

本文分析了遼寧電網(wǎng)風(fēng)電消納原理，按照當(dāng)前的電源規(guī)劃，計(jì)算了遼寧省2020年及2030年風(fēng)電接納能力，并對(duì)抽水蓄能、核電等其他電源對(duì)風(fēng)電接納能力的影響進(jìn)行分析。建議遼寧加快開展抽水蓄能建設(shè)，并在供暖期停開1～2臺(tái)核電機(jī)組，可有效提高風(fēng)電接納能力。此外，日最小負(fù)荷率的變化也對(duì)風(fēng)電接納能力具有較大影響。