双碳目标下新能源消纳能力提升方法研究

双碳目标下新能源消纳能力提升方法研究

余幼璋

海南电网有限责任公司 海南 海口 570203

摘要：进入二十一世纪，随着社会经济水平的不断提升，能源电力新技术快速进步，能源结构向低碳方向转型，风电、光伏等新能源在电力结构中比重持续提升。与此同时，风电和光伏等新能源的大量接入使得电网运行的安全性、经济性受到了挑战。传统电网非正常运行方式下，新能源机组大量并网将因其出力的间接性、随机性而面临主动或被动的出力限制，导致可再生能源利用率大打折扣。鉴于此，针对双碳目标下新能源消纳能力空间进行定量分析，并提出改进措施。

关键词：双碳目标；新能源消纳；储能系统

引言

一、影响新能源消纳的原因分析

风电、光伏等新能源由于依赖于区域资源禀赋，通常呈现某个区域集中开发的特点，且与负荷分布情况不匹配，导致风电、光伏大规模开发基本无法完全就地消纳，需要通过远距离传输至负荷中心消纳。同时由于气候特点影响，风电与光伏出力与实际负荷曲线不匹配，给电力系统造成一定的调峰困难问题。而由于新能源不稳定特点，无法替代电源装机保障电力供应，电力系统运行中必须维持一定的常规机组在开机状态，当新能源开发规模达到一定程度，即使电力系统中常规机组压至最小出力运行，也可能出现新能源发电量过剩而弃风、弃光。总体来说，高比例新能源的电力系统中，可能存在输电通道受限、调峰不足、新能源电量过剩等情况，影响新能源消纳率，同时给电力系统安全运行带来挑战。

二、新能源消纳能力提升方法

以某个区域为例，研究制定新能源消纳能力提升方法，需要在充分掌握区域电力现状及规划情况的基础上，分析区域负荷及新能源出力特性，基于电力系统运行模拟软件搭建系统运行仿真模型，测算综合弃电率、弃电量。评估制约新能源消纳的主要因素，针对性地提出消纳措施。本研究结合实际分析结果提出了以下几种措施。

（一）发挥电力系统调节资源促进消纳

电力系统调节能力主要来自于煤电深度调峰、气电启停调峰、抽蓄、储能调节等手段，还可以通过发展电动汽车，推动电动汽车与电网能量高效互动（V2G），提升用户侧调节能力。即通过其他电源腾让电量市场，促进新能源消纳，而其他电源利用小时数将因此下降。在传统的电力系统中，某区域可接纳的新能源合理规模通常就以该系统现状能提供的调节能力来分析确定。若新能源发展规模超过系统现有调峰能力，则需要深挖系统调节能力资源，比如推动实施煤电灵活性改造，新能源配套建设一定规模储能，新增抽蓄或储能等调节设施，必要时在安全前提下考虑部分时段核电降出力运行等等。这类措施主要针对以调峰不足为主因的新能源消纳困难。

值得一提的是储能系统对提升电力系统调节能力具有显著作用，已作为新能源发展配套的普遍措施。储能系统独特的电源和负荷双重属性，通过降低负荷峰谷差，跟踪新能源发电，平抑新能源并网波动，来提升地区电网对新能源的消纳能力。在新能源出力功率高于负荷时，储能系统可作为储存负荷将多余功率进行存储，减少弃光弃风，从而提高新能源的利用率；而在新能源发电不足时，储能可充当电源，将原本储存的能量释放出来，为馈线上的负荷供电。同时，储能系统具有快速调频功能，能作为灵活的调频资源提高电力系统安全运行水平。

(二)增加用电需求扩大市场促进消纳

当新能源规模超过系统调节能力并进一步增加时，将可能由新能源电力过剩转为电力电量双过剩问题，从而出现严重弃风弃光。在该形势下，系统需要进一步扩大用电市场增加用电需求才能提升新能源弃电率。比如，通过增加相邻区域联网通道，将过剩电力电量送往相邻区域消纳，充分利用区域间的资源禀赋和用电曲线差异，实际调节资源和清洁电力跨区调剂利用。当然，该状况下跨区域的电价差异是影响实施可能性的重要因素，一般是在新能源发电及配套设施成本具有足够竞争力的情况下，所发电量以低价上网跨区消纳才具有可行性。

同时，在区内还可以通过积极发展用电侧产业，增加需求侧规模来促进新能源就地消纳。重点考虑以新能源制氢技术发展，推动氢能上下游产业建设，充分激发负荷侧用电需求和调节潜力，实现新能源就地消纳。氢能作为能源平衡的载体，通过大力发展海上风电配套制氢产业，可以推动传统石化工业应用、氢燃料电池应用、加氢站等氢能下游产业发展，构建合理高效的氢能产业链，具有巨大的发展前景。

(三)优化输电网络保障新能源合理消纳

对于新能源存在区域性送出受限问题，重点需要合理规划输电通道，在远近结合考虑区域新能源发展布局的基础上，新建输电通道满足新能源送出需要。其中，考虑到新能源出力随机性特点，利用小时数较低，通常建议新能源富集地区送出通道按照满足新能源有效容量（即保障新能源合理消纳率的最大出力）送出需求为宜，尽可能提高输电通道利用效率。这就要求允许存在一定程度的新能源弃电，毕竟在新能源占比不断提升的新型电力系统中，满足新能源全额消纳存在经济性不足问题，过高配套设施将可能推高全社会用能成本。此外，对于常规电源与新能源并存的多元化电力结构区域，可以适当考虑风光水火打捆送出方案，提高电力系统经济运行水平。

在双碳目标背景下，新能源快速发展是大势所趋。随着新能源的增加，全社会的电力成本总体将呈上升趋势，传统的电价体系也将面临挑战。因此面对新型电力系统，构建完善的电力电量市场机制将是促进新能源消纳的最终保障，只有通过合理有序的电力市场消化用电综合成本，才能在保障电力系统安全的基础上，促进常规电源和新能源可持续发展。

通过对Q地区新能源消纳能力及措施进行研究，通过采取以上各类措施后，“十四五”期间Q地区新能源可新增规模从100万千瓦增加到了800万千瓦，有力支撑了电力系统发展，助力双碳目标战略实施。

结语

本文以Q地区电力系统为案例，通过总结分析新能源消纳受制约因素，结合电力发展规划，分别针对性提出了不同的提升消纳能力措施方案，并通过系统运行仿真研究提出了不同措施下新能源消纳能力规模，有力支撑了地区新能源高速发展。同时结合双碳发展形势，对于未来进一步扩大新能源发展空间提供了方向指引，研究成果已在实际工程中实施应用，在构建新型电力系统过程中取得了较好的效果。

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