韩水：提升系统调节能力，促进可再生能源高比例消纳

 2018年7月6日中国能源研究会在甘肃省兰州市举办高比例风电、光伏利用系统集成问题研讨会。中国能源研究会特邀副理事长、国家能源局原总工程师韩水出席研讨会并作了题为“提升系统调节能力，促进可再生能源高比例消纳”的报告。韩水结合在编制电力“十三五”规划的时候对新能源消纳问题的专题论证，论述了四个方面内容：新能源现状及高比例消纳问题，系统调节能力不足影响新能源高比例消纳，电力的可持续发展需要高比例消纳新能源，提升系统灵活性的主要措施。

首先是新能源现状及高比例消纳问题。
 

从2008年起，我国新能源开始规模化、跨越式发展，经过了十年，新能源装机容量和发电量的增长速度均超过了全国总装机容量和发电量的增长速度，现在居于世界领先地位，但是问题随之而来，新能源消纳尤其是高比例消纳成为制约新能源发展的难题，不利于构建清洁低碳，安全高效的能源体系。到2017年底，我国风电并网装机1.6亿千瓦，同比增长10.5%，发电量3057亿千瓦时，同比增长26.3%，发电设备利用小时1948，同比增长203小时。“三北”地区并网装机约1.2亿千瓦，占全国总装机容量75%左右。风电发展趋势一开始是高速增长，近两年由于风电建设预警、调控使增长速度在减缓。到2017年底，我国光伏装机容量1.3亿千瓦，同比增长69%，其中，集中式光伏电站装机约占总容量的78%，分布式占22%。全国太阳能发电量1182亿千瓦时，同比增长75%，发电设备平均利用小时数1204小时，同比增长74小时。太阳能发电一直保持高速发展势头，光伏电站装机容量提前超额完成了“十三五”规划1.1亿千瓦的目标。从“十二五”以来我国新能源装机容量和发电量的增长速度是全国总装机容量和发电量增长速度的4—5倍。北方地区已进入新能源高比例消纳时期。
 

高比例消纳问题之一是新能源比重过高。从新能源装机容量的比重看，全国超过了16%，西北地区远远超过了这个比重。全国超过20%的已经有十个省，主要集中在北方地区，占比最高的省份是甘肃省，达到41.4%，青海省达到37.5%。发电量占比也在增加，青海省最高已经达到21.3%，甘肃省达到19.5%。超过10%的有9个省份。问题之二是弃风、弃光严重。到2017年底，全国弃风电量419亿千瓦时，同比减少78亿千瓦时，降低了15.7%，弃风率12%，弃风限电情况有所好转。弃风率超过10%的省份有5个，其中：甘肃是33%，新疆是29%。问题三是系统调节能力跟不上新能源的发展。这一点就是我今天要重点说的。
 

第二，系统调节能力不足影响新能源高比例消纳。
 

制约新能源高比例消纳的因素有很多种，新能源布局不尽合理，发展速度过快，电网配套不及时，市场机制不健全等。系统调节能力不足是影响新能源高比例消纳的主要问题。根据甘肃省的统计，新能源发电量与负荷率呈金字塔结构特性。风电场发电出力达到装机容量的40%，所发电量可占到总可发电量的74%，95%的发电量产生于低于额定容量70%的时段。同样，光伏发电也是这种特性。甘肃省还监测到，风电7日出力曲线，由500万千瓦变化到几乎为零。这种现象在其他省份也出现过。因此，与传统发电相比，新能源出力具有随机性、不可控性、季节性等特点，不能按计划发电。大规模新能源并网的电力系统由传统的只平衡负荷随机变动转变为需要在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间实现能量供需平衡的新运行方式。风电和光伏发电出力特性的不确定性和反调峰特性，大大增加了调峰需求容量和调峰频次，给电力系统调峰带来了挑战。
 

以西北地区为例，到2017年底，我国西北地区总装机容量24586万千瓦，其中火电占比54%，水电占12%，风电占19%，太阳能占比15%。新能源占比已经超过了34%。2011-2017年，太阳能发电装机平均增长69.2%，风电平均增长31.7%，火电平均增长10.7%，水电平均增长仅4.5%。新能源装机容量的增长远超调节能力的增长。据了解，美国的灵活电源装机是新能源的8.5倍，西班牙是1.5倍，而我们西部地区水电只占新能源的37%，据估算火电的可调节容量仅占新能源的58%。因此，系统的调节能力是远远不能满足新能源高比例消纳的需要。
 

第三，电力的可持续发展需要高比例消纳新能源。
 

习近平总书记指出气候变化关乎人民福祉和人类未来，《巴黎协定》为2020年后的全球合作应对气候变化明确了方向，标志着合作共赢，公正合理的全球气候治理体系正在形成。中国为应对气候变化做出了重要贡献，新能源发电是未来构建清洁低碳、安全高效能源体系的主体，也是未来电力装机增量的主体，因此高比例消纳新能源关系到电力的可持续发展和中国政府庄严承诺的实现。
 

我国政府承诺：2020年单位GDP碳排放水平比2005年降低40%-45%， 2030年单位GDP碳排放水平比2005年降低60%-65% 。2020年、2030年非化石能源消费比重分别达到15%和20%。我国对二氧化碳排放和非化石能源发电做出了更加明确，更为严格的要求。清洁能源有很多种，有核电、水电和新能源。与核电、水电相比新能源具有造价低、建设快、安全性高等优势。因此，随着科技进步和技术创新，新能源发电效率不断提高，建设成本越来越低，将成为清洁能源发电主力军。为了实现预期目标，大力发展并消纳新能源发电是我国能源供给和消费革命的必然选择。
 

第四，提升系统灵活性的主要措施。
 

提升系统灵活性是破解高比例新能源消纳难题的主要举措。在编制“十三五”规划时对提升系统灵活性做了重点论证，以高比例消纳新能源，把弃风弃光率控制在合理水平为目标，从电源侧、电网侧和负荷侧多措并举，提升系统灵活性。近期，国家发改委、国家能局发布了《关于提升电力协同调节能力的指导意见》，对系统灵活性做出了更加全面、严格的要求。如表1所示，从规划、建设、政策、技术、市场、运行六个层面提出了有针对性的措施。

表1

我就主要的方面稍做说明和解释。发电侧重点是提升调节能力，主要一是建设灵活性的发电厂，其中：抽水蓄能开工1300万，到2020年能够力争达到4000万千瓦，占比达2%；单循环调峰气电实现500万千瓦；建设多年调节的龙头水电站；在西部地区规划建设500万千瓦的光热示范电站等。二是提高在役煤电机组的调节能力，启动2.2亿千瓦煤电调峰能力的提升工程，借鉴丹麦和德国的经验实施改造，增加调节能力4600万千瓦。电网侧重点是加强新能源消纳通道建设，主要一是加强跨省（区）外送通道建设，增加“三北”地区新能源外送消纳4000万千瓦。二是加强配电网和智能电网建设，满足新能源分布式建设、消纳的需要。负荷侧重点是提高就地就近消纳新能源的能力，主要一是推进智慧城市建设，开展多能互补试点示范，充分利用新能源分布式建设的优势，与生物质能、地热、天然气等其他清洁能源利用形式互补，构建清洁高效的能源供应与消费体系。二是推行电能替代，以电代煤，以电代油，在居民采暖，生产制造，交通运输，电力供应与消费等领域，就地消纳新能源。三是加强移峰填谷，负荷侧管理，探索构建大规模源网荷友好互动系统，变负荷被动控制为快速、主动响应，满足系统运行需求。同时，开展大容量的机械储能，熔盐热储能，高效化学储能等多种形式的储能装置示范，在发电侧、电网侧和负荷侧鼓励应用高效储能装置。在市场机制、调度运行和价格政策等方面也要优先考虑消纳新能源发电，使新能源优先发电能和高比例消纳能够落到实处。
 

总之，高比例消纳清洁能源发电是构建清洁低碳，安全高效能源体系的需要，也是实现小康社会、中华民族伟大复兴的必然选择。诚然，高比例消纳新能源是一项系统工程，需要国家重视，各级政府支持，电力企业努力，全社会关注。建设安全、高效、灵活、智能电力系统是“十三五”国民经济发展规划的一项重要任务，提升系统灵活性只是其中一个方面。但是，提升系统灵活性不失为目前促进新能源发电高比例消纳一项可行的重要举措。