大規(guī)模風(fēng)電接入吉林電網(wǎng)應(yīng)對措施分析

劉永謙,孫 勇,楊薏霏

(1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院,長春 130021;2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司,長春 130021;3.國網(wǎng)長春供電公司,長春 130021)

近年來,隨著能源安全和環(huán)境保護(hù)問題的日益突出,風(fēng)電作為可再生能源的主要組成部分,其快速增長正在改變著我國的電源結(jié)構(gòu),成為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分[1-2]。按照我國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略,分別在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、河北和吉林等風(fēng)能資源豐富的地區(qū)規(guī)劃了 9個千萬千瓦級風(fēng)電基地[3],確立了我國風(fēng)電大規(guī)模、集中式的發(fā)展道路。

吉林省風(fēng)電開發(fā)起步較早,到 2013年末,吉林省風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到 380×104kW左右,約占直調(diào)裝機(jī)容量的20%。隨著風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長,大規(guī)模風(fēng)電接入帶來的各種問題逐步顯現(xiàn),特別是低谷時段風(fēng)電大量棄風(fēng)問題引起廣泛關(guān)注。本文以吉林電網(wǎng)為例,深入分析了目前存在的主要問題,從電網(wǎng)運(yùn)行以及政策層面提出提高風(fēng)電消納能力,促進(jìn)風(fēng)電可持續(xù)發(fā)展的措施。

1 存在的主要問題

1.1 電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與風(fēng)電開發(fā)不協(xié)調(diào)問題

就電力系統(tǒng)而言,電源、電網(wǎng)與用電需求的統(tǒng)一規(guī)劃十分重要。目前,電力系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃的功能逐步弱化,電網(wǎng)規(guī)劃與風(fēng)電開發(fā)規(guī)劃間缺少有效的協(xié)調(diào)機(jī)制,反映在風(fēng)電并網(wǎng)、送出和電網(wǎng)安全穩(wěn)定等方面存在諸多問題。特別是近年來,部分發(fā)電企業(yè)片面追求經(jīng)濟(jì)效益,刻意規(guī)避國家核準(zhǔn)審批門檻,造成全國不同程度出現(xiàn)了同一區(qū)域連續(xù)核準(zhǔn)多個 4.95×104kW風(fēng)電項(xiàng)目的情況,導(dǎo)致風(fēng)電開發(fā)的無序和規(guī)模的快速擴(kuò)大。

1.2 風(fēng)電輸送問題

吉林省風(fēng)電資源主要分布中西部地區(qū),風(fēng)電集中接入地區(qū)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心,電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱,風(fēng)電大發(fā)時經(jīng)常發(fā)生輸電線路接近滿載,風(fēng)電外送斷面潮流接近穩(wěn)定極限的情況。為保證吉林電網(wǎng)的安全穩(wěn)定,風(fēng)電集中接入地區(qū)需要控制外送穩(wěn)定斷面,而且白城送出斷面和松原送出斷面穩(wěn)定控制極限主要由 500 kV和220 kV電磁環(huán)網(wǎng)決定。

1.3 跨地區(qū)消納問題

遼寧省為東北電網(wǎng)的負(fù)荷中心,黑龍江省、吉林省和內(nèi)蒙古東部地區(qū)的一部分風(fēng)電遠(yuǎn)距離外送至遼寧電網(wǎng)。隨著東北地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷增加,以及紅沿河核電機(jī)組的并網(wǎng),風(fēng)電上網(wǎng)難、送出能力不足的矛盾將更加突出,亟需通過更大的區(qū)域來消納風(fēng)電。然而目前東北電網(wǎng)與其他如華北電網(wǎng)的聯(lián)系薄弱,送出容量有限,制約了跨大區(qū)域電網(wǎng)的風(fēng)電消納。

1.4 吉林電網(wǎng)自身的消納問題

吉林電網(wǎng)火電機(jī)組所占比重大,供熱機(jī)組多,水電等具備快速調(diào)節(jié)能力的機(jī)組所占比重極低,調(diào)峰能力有限。供熱機(jī)組以熱定電使其基本不具備調(diào)峰能力。吉林電網(wǎng)最大峰谷差占全省最大負(fù)荷的比例接近40%。如果將風(fēng)電當(dāng)作一個負(fù)負(fù)荷來看,其反調(diào)峰特性相當(dāng)于增加了全網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差。

目前,風(fēng)電接入后吉林電網(wǎng)一年內(nèi)使等效日負(fù)荷峰谷差變大的概率為98.4%。低谷時段如果盡可能多地接納風(fēng)電,必須降低火電機(jī)組出力。但由于風(fēng)電的隨機(jī)性、間歇性和反調(diào)峰特性,在負(fù)荷高峰時段極有可能出現(xiàn)電源不足而造成拉閘限電。為保證高峰時段供電可靠性,必須按照高峰負(fù)荷安排火電機(jī)組運(yùn)行,因而出現(xiàn)低谷時段發(fā)生大量棄風(fēng)。

2 原因分析

2.1 電源和電網(wǎng)建設(shè)缺乏有效的協(xié)調(diào)機(jī)制

現(xiàn)行的電力系統(tǒng)管理體制的最大問題在于電源建設(shè)規(guī)劃與電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的協(xié)調(diào)一致性。由于缺乏有效的協(xié)調(diào)機(jī)制,電源建設(shè)往往先于電網(wǎng)建設(shè),因而給電網(wǎng)運(yùn)行帶來較大壓力。特別是風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)過程中存在的重資源開發(fā),輕送出和消納的問題更為突出。由于沒有明確的未來階段發(fā)展規(guī)模和年度發(fā)展計(jì)劃,電網(wǎng)規(guī)劃部門無法從總體上準(zhǔn)確把握風(fēng)電開發(fā)布局、開發(fā)規(guī)模和建設(shè)時序,因而無法在電網(wǎng)規(guī)劃中充分考慮風(fēng)電場接入。

近年來,風(fēng)電建設(shè)速度遠(yuǎn)高于風(fēng)電規(guī)劃,風(fēng)電與負(fù)荷需求增長不同步的矛盾逐步顯現(xiàn)。與火電、水電相比,風(fēng)電項(xiàng)目的前期工作流程相對簡單,核準(zhǔn)與建設(shè)周期短。而接入系統(tǒng)的核準(zhǔn)程序和深度要求相對較高,風(fēng)電場接入必須依賴升壓站站址確定,部分風(fēng)電場接入還涉及配套網(wǎng)架的改造與加強(qiáng)。由于風(fēng)電與配套電網(wǎng)項(xiàng)目核準(zhǔn)缺乏有效的協(xié)調(diào)機(jī)制,致使部分風(fēng)電項(xiàng)目接入系統(tǒng)工程滯后于風(fēng)電場建設(shè)進(jìn)度。尤其在風(fēng)電持續(xù)快速發(fā)展的大背景下,電源、電網(wǎng)和負(fù)荷的統(tǒng)一規(guī)劃顯得尤為重要。

2.2 調(diào)峰壓力加大

吉林電網(wǎng)火電機(jī)組中供熱機(jī)組比例高、規(guī)模大,達(dá)到冬季最小負(fù)荷的2.5倍,供熱周期近5個月。由于冬季供熱期間機(jī)組有最小開機(jī)要求,以及供熱機(jī)組以熱定電,機(jī)組最大最小出力受到限制,冬季供熱期間電網(wǎng)調(diào)峰能力嚴(yán)重不足。而風(fēng)電的大規(guī)模接入,則進(jìn)一步增大了電網(wǎng)調(diào)峰壓力。

2.3 風(fēng)電消納激勵政策不完善

國家現(xiàn)有的激勵政策更多向風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)傾斜,缺乏對輸配電及用電環(huán)節(jié)的激勵與補(bǔ)償,以及用戶購買綠色電力的激勵政策。沒有形成包括發(fā)電、并網(wǎng)、用電在內(nèi)的完整的激勵政策體系,不利于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。由于風(fēng)電不具有常規(guī)電源調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和備用等方面的能力,因此需要對現(xiàn)有政策的適應(yīng)性進(jìn)行深入研究、完善和調(diào)整,在維持電網(wǎng)和其他發(fā)電企業(yè)基本持續(xù)發(fā)展能力的基礎(chǔ)上,調(diào)動各方積極性,共同促進(jìn)風(fēng)電的協(xié)調(diào)有序發(fā)展。

3 應(yīng)對措施

3.1 加強(qiáng)電力系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃

統(tǒng)籌規(guī)劃吉林省風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)以及電網(wǎng)發(fā)展,按照電網(wǎng)規(guī)劃的整體規(guī)模,合理地調(diào)控風(fēng)電總體規(guī)模。通過風(fēng)電規(guī)劃的送出需求,合理調(diào)整電網(wǎng)規(guī)劃,形成風(fēng)電規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃的互動協(xié)同機(jī)制,合理引導(dǎo)風(fēng)電有項(xiàng)目序建設(shè)。使常規(guī)電源、可快速調(diào)節(jié)電源、風(fēng)電、電網(wǎng)和負(fù)荷協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 完善電源結(jié)構(gòu)

吉林電網(wǎng)快速調(diào)節(jié)電源占全部直調(diào)電源的 1%左右,是全國比例最低的省份之一。快速調(diào)節(jié)電源主要包括水電站、抽水蓄能電站和大型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組?？焖僬{(diào)節(jié)電源可彌補(bǔ)風(fēng)電的隨機(jī)性和反調(diào)峰特性。東北地區(qū)可建設(shè)抽水蓄能的最大容量約3 000×104kW,吉林省域內(nèi)經(jīng)濟(jì)可開發(fā)潛力巨大,可適當(dāng)加快抽水蓄能電站的建設(shè)速度,同時考慮適時建設(shè)大型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。

3.3 充分利用地區(qū)供熱負(fù)荷

吉林電網(wǎng)以火電為主,其中的供熱機(jī)組比例較大。在以熱定電的運(yùn)行方式下,出力可調(diào)節(jié)能力顯著降低,接納風(fēng)電能力受到很大限制,尤其低谷負(fù)荷時段,為了保證供熱質(zhì)量和系統(tǒng)有功功率平衡,經(jīng)常出現(xiàn)大量棄風(fēng)現(xiàn)象。國內(nèi)外在儲能方面雖然做了大量的研究,但始終沒有解決儲能成本過高的問題。城市供熱一次管網(wǎng)容積巨大,且具有較高的熱慣性。在滿足城市供熱前提下,充分利用城市供熱管網(wǎng)的儲熱功能和熱慣性,統(tǒng)籌考慮儲熱式電采暖的運(yùn)行方式,開展供熱機(jī)組、儲熱式電采暖和大規(guī)模風(fēng)電的聯(lián)合優(yōu)化協(xié)調(diào)。

3.4 完善風(fēng)電可持續(xù)發(fā)展政策體系

現(xiàn)行的風(fēng)電并網(wǎng)及交易機(jī)制是全額保障性收購與固定電價(jià),沒有體現(xiàn)風(fēng)電輔助服務(wù)成本高和邊際成本低的特點(diǎn),有必要對現(xiàn)行政策進(jìn)行調(diào)整,對由于消納風(fēng)電而參與調(diào)峰的火電機(jī)組給予相應(yīng)補(bǔ)償,建立大型風(fēng)電基地送出工程輸電價(jià)格單獨(dú)核定制度及合理的抽水蓄能電價(jià)政策,提高風(fēng)電接網(wǎng)費(fèi)用補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn),充分調(diào)動常規(guī)電源、抽水蓄能等參與風(fēng)電調(diào)峰調(diào)頻的積極性。

盡早研究確定合理的經(jīng)濟(jì)棄風(fēng)容量,通過主動棄風(fēng)提高風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電占比。進(jìn)一步完善風(fēng)電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),建立強(qiáng)制性的風(fēng)電管理規(guī)范,提高風(fēng)電和電網(wǎng)相互適應(yīng)性。參與電力市場可以反映風(fēng)電的市場價(jià)值,可以通過降低售價(jià)而避免在風(fēng)電大發(fā)時棄風(fēng)。由于市場無法反映風(fēng)電的環(huán)境保護(hù)等外部效益,因此需要在市場定價(jià)的基礎(chǔ)上給予新能源政府補(bǔ)貼,保障新能源的合理收益。

3.5 更大范圍統(tǒng)籌調(diào)峰調(diào)頻資源

通過加強(qiáng)區(qū)域大電網(wǎng)互聯(lián)以及電力交換,擴(kuò)大風(fēng)電的消納范圍是進(jìn)一步提高風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電比例的必然選擇。東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后于華東、華中、華北地區(qū),負(fù)荷增長有限。通過建立和完善風(fēng)電跨大區(qū)域電網(wǎng)輸送交易機(jī)制,促進(jìn)東北電網(wǎng)與其他大電網(wǎng)的電力交換。由于風(fēng)電單獨(dú)外送時輸電線路的利用時間較低,必須在送端按照受端用電需求調(diào)整功率特性后才能實(shí)現(xiàn)跨大區(qū)輸送,技術(shù)要求較高。同時,由于到達(dá)受端電網(wǎng)的落地電價(jià)較高,經(jīng)濟(jì)性較低。目前采取的風(fēng)電、火電捆綁聯(lián)合外送是促進(jìn)風(fēng)電跨大區(qū)輸送的合理措施。

4 結(jié)束語

從吉林電網(wǎng)目前的實(shí)際情況看,風(fēng)電容量的快速增長與電網(wǎng)消納能力受限的矛盾將越來越突出。被動采取調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式已不能滿足風(fēng)電大規(guī)模接入的需求,必須從統(tǒng)一規(guī)劃,合理布局,完善和出臺相關(guān)政策,同時考慮適時建設(shè)抽水蓄能電站、大型燃?xì)怆娬?以及進(jìn)一步開拓電力市場,加大風(fēng)電跨大區(qū)域電網(wǎng)交易等多方面采取措施,最大限度地提高吉林電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力,進(jìn)一步促進(jìn)吉林省風(fēng)電的可持續(xù)開發(fā)利用。

[1]張寧,周天睿,段長剛.大規(guī)模風(fēng)電場接入對 電力系統(tǒng)調(diào)峰的影響 [J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(1):152-158.

[2]郭象容.關(guān)于電網(wǎng)接納大規(guī)模風(fēng)電能力的思考 [J].廣東電力,2011,24(5):20-23.

[3]白建華,辛頌旭,賈德香,等.中國風(fēng)電開發(fā)消納及輸送相關(guān)重大問題研究 [J].電網(wǎng)與清潔能源,2010,26(1):14-17.