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摘要：现今社会新能源发电发展势头正盛，新能源自身所具有的随机性及不确定性特质对传统电网规划造成了一定程度上的影响。加强对面向新能源消纳电网规划科学方式的探究，具有极为重点的意义。近年来，我国新能源快速发展，取得了举世瞩目的发展成绩，同时也出现了较为严重的弃风、弃光问题。该文在总结我国新能源消纳现状的基础上，剖析了产生新能源消纳问题的机理，进而指出影响我国新能源弃风、弃光问题的关键因素。从灵活调节电源建设、火电机组改造、电网互联互通以及需求侧响应等多方面，系统性地提出了解决我国新能源消纳问题的措施，并通过生产模拟进行了场景验证。
关键词：新能源；消纳；弃风；弃光；电网规划；措施
1新能源消纳与电网规划的紧密结合新理念
协调新能源良好发展电网规划的主要目标是，促使电网运行中可对新能源实行合理吸纳，充分发挥出新能源的低碳、节能效益。对于新能源的合理消纳处理主要分为两点：一点是系统的灵活性较强，可满足新能源出力剧烈波动变化需求，尽可能地减少新能源限电状况发生。另一点则是，在新能源的消纳中，并不会对电力系统造成较大的成本负担。也就是指，电网系统在新能源消纳处理中，支出的投资、运行花费并不会出现明显上升的状况。由此可见，对于新能源的消纳处理并非是指想方设法、付出一切去完全接纳新能源。正确的方式应该是：寻求到一种可实现消纳新能源各影响因素平衡的方式。在新能源消纳能力及投资成本间做折中处理。对新能源消纳与电网规划的紧密结合新理念进行探究，可为相关电网规划方式的选定提供助力。
2新能源参与下的时变电力系统平衡调节问题
电力系统的发、供、用同时完成。电力负荷呈现明显的时变特点，目前我国区域电网峰谷差已达30%左右，并呈逐步扩大的趋势。系统平衡的原是调节常规电源出力跟踪负荷变化，保持动态平衡。电力系统平稳运行的一个基本条件是系统调节能力必须大于负荷的变化。由于风、光的资源特性，新能源出力存在随机性和波动性。风电日波动最大幅度可达装机容量的80%，且呈现一定的反调峰特性。光伏发电受昼夜变化、天气变化、移动云层的影响，同样存在间歇性和波动性。
新能源高比例接入电力系统后，增加了系统调节的负担，常规电源不仅要跟随负荷变化，还需要平衡新能源的出力波动。新能源出力超过系统调节范围时，必须控制出力以保证系统动态平衡，就会产生弃风、弃光。新能源消纳问题与系统调节能力密切相关。
在一定规模的电力系统中，系统调节能力主要由电源调节性能决定，与电源结构相关。不同类型电源的调峰深度有很大差异。核电机组通常作为基荷运行，较少参与系统调节。凝汽燃煤机组和供热火电机组调节性能较差。燃气、抽水蓄能、水电等电源能够快速启停、大幅调节，灵活参与平衡。我国电源结构以火电为主，电源总体调节性能主要取决于火电调峰深度和灵活调节电源比例。
3我国新能源消纳问题定性分析
我国弃风、弃光主要集中在“三北”地区。2015年华北、东北、西北弃风电量分别为9.48、8.34和16.55TWh，占总弃风电量的99.9%；西北弃光电量4.66TWh，占总弃光电量的95%，如表1所示。全国弃风、弃光地区，弃风、弃光率超过15%的有甘肃、新疆、吉林、蒙西和黑龙江五个省（地区）。多数省（地区）无弃风、弃光，其中山东、江苏新能源装机总量很大，分别达到8.54GW、8.34GW，新能源基本实现了全额消纳。从时间分布来看，全国67%、东北地区90%以上的弃风电量发生在供暖期，负荷低谷弃风电量又占总弃风的80%。我国弃风、弃光的地域集中、季节集中、时段集中的特点十分突出。
分析我国弃风、弃光问题产生的根源，首先从新能源装机分布及其与负荷的关系来看，我国新能源装机分布不均衡，与负荷呈逆向分布。“三北”地区负荷占全国总负荷的比例仅为36%，但集中了全国75%的新能源装机。其中，蒙东、甘肃、宁夏、新疆新能源渗透率超过100%，已经超过了丹麦、西班牙、葡萄牙等发达国家，如表2所示。
从电源调节性能来看，我国抽蓄、燃机等灵活调节电源比重低，“三北”地区灵活调节电源仅为新能源装机的17.9%，其中东北为新能源装机的7%、西北为新能源装机的2.4%。西班牙、德国、美国的灵活调节电源占总装机的比例分别为31%、19%、47%，美国和西班牙灵活调节电源达到新能源的8.5倍和1.5倍。我国火电装机超过1TW，但调峰能力普遍只有50%左右，“三北”地区的火电机组在供暖期只有20%的调节能力。
相比之下，西班牙、丹麦等国家的火电机组都具备深度调峰能力，可调节出力高达80%。从电网互联互通水平来看，不能满足“三北”新能源外送需要。截至2015年底，西北电网新能源装机60GW，跨区电力外送能力仅16.1GW。东北电网新能源装机已达25.5GW，电力富余20GW以上，跨区外送输电能力只有3GW。而丹麦与挪威、瑞典等国间输电容量8GW，是本国风电装机的1.6倍；葡萄牙新能源装机5.3GW，与周边国家联网容量达2.8GW。
总体来看，我国新能源消纳问题与负荷规模、电源调节、电网互联等关键因素呈强相关性。“三北”地区现有新能源消纳条件不足，而东中部地区的消纳空间没有通过电网互联得到充分利用，是产生弃风、弃光问题的主要原因。此外，我国正在建设全国电力市场，调峰补偿、价格响应等市场机制尚未建立，发电计划由各地政府制定，各省优先考虑本地电厂多发，接受外来新能源的意愿不强，省间壁垒严重，客观上加剧了新能源消纳的难度。
4面向新能源消纳电网规划方式
4.1新能源消纳电网规划思路探析
第一，电网系统需运到一个科学合理化的新能源消纳比例，以此帮助更好的寻找出新能源盈亏平衡点的所在，尽量减少新能源消纳成本。第二，为了促使电网系统运行格局始终保持在一个最佳状态中，需尽量避免出现系统在新能源的消纳处理中线路过载、机组出力受限等状况。
4.2规划方式框架探析
在规划框架中，首先需做的是，建立好多个不同的备选网架结构方案。之后便可对各网架结构方案的相应最大输电容量方案做制定处理。具体而言，在通道建设能力及稳固约束的限制条件之下，对网络传输容量充裕的最佳方案进行制定。其次需做的便是，在运用电网模型获取到最佳的最大输电容量方案后，需对各网架结构方案做评估处理，以此明确各方案的新能源消纳能力。再次需做的便是，在评估处理中，如果新能源消纳能力能够充分满足盈亏平衡小时数需求，那么则可做输电容量减少处理。
5总结
站在新能源消纳角度上考量电网规划问题，需注意积极建设一些会为新能源消纳提供助力的输电线路，以此帮助进一步提升新能源的消纳效率。新能源利用率的提升，使得在电网规划中需对新能源集中区域的输电能力做进一步强化处理，提供其它区域新能源消纳处理相关的输电通道，以此帮助全面确保电网规划的经济性及其平衡可靠性。
参考文献：
[1]刘迪.面向新能源消纳的电网规划方法初探[J].军民两用技术与产品，2015，（10）：76.
[2]周鲲鹏，方仍存，颜炯等.电网规划智能辅助决策系统的设计与实现[J].电力系统自动化，2013，37（3）：77-82.
论文作者:苏挺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/15
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