黑龍江電網風電消納能力影響因素及提高措施研究

趙 君

(國網黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030)

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黑龍江電網風電消納能力影響因素及提高措施研究

趙 君

(國網黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030)

風電消納問題不僅是黑龍江省電網面臨的主要問題，是我國乃至世界性的難題。文中從多個角度分析影響黑龍江省電網風電消納能力的主要因素，并總結了國內外提高風電消納能力的有效措施，以期對黑龍江省風電的健康發展有所借鑒。

電網；風電；消納能力；調峰；措施

黑龍江省是我國風力發電發展比較早的省份之一。目前全省已開發風電場主要集中在黑龍江省東部以及西部靠近內蒙古一帶，截止2014年末，黑龍江省風電裝機容量已達到463.6萬kW，達到最大負荷的45.1%，占總裝機容量的18.52%。隨著風電在電源結構中的比例不斷增大，棄風現象不斷出現并將日益加劇，風電利用小時數也逐年降低，風電消納已成為制約黑龍江省風電健康發展的關鍵問題[1]。

1 影響風電消納的主要因素

近幾年，黑龍江省風電在國家政策的鼓勵下得到了迅猛發展。然而快速發展的同時，由于受到負荷、外送通道、冬季供熱調峰及配電網網架結構等諸多因素的限制，風電消納問題尤為突出。

a.負荷因素

對于風電消納，用電負荷是最直接的影響因素，理想條件下，如果用電負荷足夠大，則既能夠全額消納風電，又能夠保證火電等其他發電形式的利用小時數。但我國風電的開發建設主要集中在東北、西北等經濟欠發達地區，這種地區用電負荷增長緩慢，電源裝機遠遠大于用電負荷需求。所以用電負荷成為制約風電消納的最大瓶頸[2]。

截止2014年末，黑龍江省網電源總裝機容量為2 503.3萬kW，其中火電裝機容量為1 940.8萬kW，占比77.53%；水電裝機容量為97.8萬kW，占比3.91%；風電裝機容量為463.7萬kW，占比18.52%。而2014年全省最大負荷為1 027.9萬kW，電源總裝機是最大負荷的2.44倍。可見電力供大于求形勢明顯，電力將出現嚴重過剩，近年風電快速發展更加重了黑龍江省電力過剩的程度。因為用電負荷需求相對固定，電源裝機規模越大，則電源利用小時數越低，“十二五”期間黑龍江省電源發展速度大于用電負荷增長速度，所以黑龍江省電源年利用小時數呈逐年降低趨勢，這種形式下就會出現各種發電形式互相搶占相對固定的市場空間，從而大大限制了黑龍江省風電的消納。

b.外送通道因素

當本地用電負荷有限，風電消納能力不足的情況下，為了減少風電棄風現象，可以通過電力外送實現多區域間聯合消納[3]。

黑龍江電網地處東北電網的最北部，通過四回500 kV線路與吉林電網相連，通過500 kV伊馮甲、乙線與蒙東電網相連，通過中俄500 kV阿黑線和黑河換流站與俄羅斯電網互聯。由于吉林、遼寧同樣存在風電消納問題，而且遼寧電網南送電量有限，所以根據黑龍江電網目前的外送通道情況來看，很難通過電力外送至吉林電網、遼寧電網實現東北三省多區域聯合消納。

2014年黑龍江電網送東北主網電量164.9億kWh，受東北主網電量118.3億kWh，凈送東北主網電量46.6億kWh。外送電力遠遠不能夠滿足黑龍江電網風電消納的需求。

c.調峰因素

風資源的隨機性導致風電出力的波動性，為保證電力系統的實時平衡，電網需要留有足夠容量的備用機組用于平衡風電的波動，滿足風電并網消納的需要。當系統內風電穿透率較小時，電力調度機構可通過調度火電機組的出力來實現系統實時平衡。但風電并網規模不斷增加，局部區域的風電出力可能超過負荷需求[4]。

黑龍江省屬于寒冷地區，電源結構中供熱機組占較大比例，因此冬季供暖期間，大批供熱機組必須持續運行，且供熱機組調峰能力明顯下降，風電反調峰特性明顯，受此影響，黑龍江電網的冬季調峰問題尤為突出，在負荷低谷時段必須限制風電出力，限制了風電的消納。

d.配電網網架結構因素

由于近幾年風電發展迅速，電網改造往往跟不上風電發展的步伐，風電項目建設周期非常短，首臺機組的建設周期通常僅為半年，整個風電場全部建成約為1年，而配電網的改造時間根本跟不上風電的開發建設。由于建設的不同步，會導致風電過于集中，而風電場一般處于電網末端，配電網網架結構比較薄弱，所以配電網的輸送能力成為風電送出的瓶頸。

黑龍江省風資源豐富的地區主要集中在東部的佳木斯、鶴崗、雙鴨山等地以及西部的大慶、齊齊哈爾靠近內蒙古一帶。截止2014年底，東部風電裝機占全省總裝機的71%，西部占22%，所以黑龍江省風電場建設過于集中，導致正常運行方式下，風電大發時，由于輸電能力不足導致個別地區出現棄風現象。而在設備或線路N-1運行方式下，棄風現象更加嚴重。所以配電網網架結構也是限制黑龍江省風電消納的因素之一。

2 提高風電消納能力的主要措施

歐美國家風電發展經驗表明，實現大規模新能源并網消納的關鍵在于提高電力系統的運行靈活性。黑龍江省電源結構以煤電為主，燃氣、抽水蓄能等靈活電源比重小，這種電源結構在短期內難以得到實質性改變，只有通過擴大新能源消納范圍，采取適當的棄風管理措施，創新并整合新能源消納技術措施，才能有效提高消納能力，減少棄風。

目前國內外對風電消納這個普遍存在問題的解決辦法主要包括以下幾個方面。

2.1 制定價格補貼機制

價格補貼機制是從引導負荷用電的角度提高風電消納能力，主要體現在兩個方面，一是企業的用電時間不變，利用價格補貼機制，以就地消納為主，對使用棄風電量的企業給予用電優惠和補貼，引導用電企業多使用風電[5]。目前此方法在國外較為成熟，由于我國有諸多限制因素，短時間內實施起來有一定難度，但可以作為促進風電消納的一個研究方向。另一方面是利用價格補貼機制，引導企業的用電時間。風電具有反調峰特性，負荷低谷恰恰是風電大發時期，如制定價格補貼機制，引導企業此時用電，既可以減小用電成本，又能夠促進風電消納，達到雙方共贏的目的。

2014年黑龍江省第二產業和居民生活用電占全社會總用電量分別為64%和20%。由于居民生活用電可調節性差，所以可以制定價格補貼機制，正確引導工業生產負荷的用電時間，將會對風電的消納起到非常重要的作用。

2.2 棄風再利用

國內外很多研究機構都對棄風如何再利用的問題展開了深入研究，總結來看，較為成熟并可行的方案主要如下。

a.棄風電力用于供熱

從能量的角度分析，電能是次生能源，是高品質能源，用電能去供熱效率低、能質不匹配。所以一般情況下，電能1∶1完全轉化為熱能并不可取。但當系統中消納不了的風電發電量用于電熱鍋爐來產熱，則完全具備可行性，這也是風電供熱的初衷。

冬季供熱期夜間負荷低谷時段，電網調峰裕度小，不得不棄風。如利用棄風電力替代燃煤鍋爐進行供熱，可以增加系統的用電負荷，提高風電本地消納能力，本方法是解決負荷低谷時期風電消納難題的重要途徑之一[6]。

目前，棄風電力用于供熱項目在技術上不存在瓶頸問題，主要難點在于項目的經濟性，其涉及到風電公司、熱力站、電網公司、熱力公司等多個經營主體，影響因素主要包括熱力站投資、棄風電價、供熱電價等。國家能源局已經在吉林、內蒙古等地開展了風電供熱試點，部分項目已經開始試運行。就目前風電供熱項目的實施情況來看，如何在各經營主體間實現利益平衡是亟待解決的問題。

b.棄風電力用于水電解制氫等可中斷負荷

可中斷負荷作為需求側管理的一項重要措施，具有響應速度快，能有效調動用戶互動積極性。在電力系統實際運行過程中，一方面，由于負荷預測的偏差、風電出力的波動性以及發電機故障等原因，系統會出現短暫的電量缺額，此時電網公司不僅可以購入部分電力容量，而且還可以中斷部分負荷來實現電量平衡。另一方面，當負荷低谷時期，風電出力過剩，可以啟動部分負荷來消納這些過剩的風電電量，可中斷負荷的加入對于解決短時電力不平衡，尤其對于提高本地的風電消納能力，起到非常重要的作用。

c.建設特高壓輸電網進行跨區消納

風電發展僅僅靠本地的消納能力是遠遠不夠的，尤其是中國電力資源與負荷中心不匹配的情況，風電基地主要建在“三北”地區，而負荷中心卻主要集中在“三華”地區。而目前，各個大區之間的電網聯系還比較薄弱，沒有形成全國統一的大市場和與之相適應的聯網能力。我國“三北”地區的大型風電基地的消納目標必須著眼于“三華”電網，靈活利用東中部受端地區抽水蓄能資源，平抑風電波動的影響，這樣才可以盡可能地在送端利用較好的風能資源，建設風電場，在受端地區多建調峰電源，消納風電，從而適應未來宏大的風電發展目標。因此，加快跨區電網建設，并通過構建全國電力市場平臺，在全國范圍內優化配置和調度靈活調節電源，這是解決我國風電消納問題的核心舉措。特高壓是解決風電消納的有效通道，不光可以解決已存在、投產的存量風電消納問題，還可以同時解決未來新建的增量風電可能遇到的消納問題。

“十三五”期間，黑龍江電網即將建成特高壓外送華北，此條線路的建成實現了黑龍江電網的跨區消納，將為提高黑龍江電網消納風電發揮著重要作用。

d.增強電網調峰能力

電網的調峰能力是限制風電發展和消納的關鍵因素之一[7]，在風電大量并網條件下，電網必須具備足夠的調峰能力，才能平抑風電機組出力波動，保障風電及電網可靠運行。目前增強措施主要有以下幾個方面：①大力發展儲能技術平抑風電出力的波動；②建設抽水蓄能電站，提高系統調峰能力；③深入挖掘常規能源發電企業的調峰潛力，為風電上網提供更多空間。

基于黑龍江電網目前的情況、負荷水平以及電源結構，提高電網調峰能力最實際的方法就是兼顧經濟性的同時，繼續深入挖掘常規能源發電的最小出力，尤其是供熱機組，由于供熱系統具有熱時滯性，所以可保證居民供熱的同時深入挖掘供熱機組的調峰能力。

3 結束語

黑龍江省風電裝機總量居全國前列，消納問題也比較突出，本文對影響消納的主要因素進行詳細分析，并總結了目前比較實用的提高消納能力的措施。這些措施的實施需要常規發電企業、電網企業、風電公司以及政府相關主管部門的共同努力，涉及到的利益主體眾多，在某種程度上存在此消彼長的矛盾性，所以需要平衡好各方利益，才能從根本上解決黑龍江電網風電消納的問題。

[1] 謝國輝，樊 昊．東北地區風電運行消納形勢及原因分析[J]．中國電力，2014，47(10)：152-155．

[2] 劉德偉，黃越輝，王偉勝，等．考慮調峰和電網輸送約束的省級系統風電消納能力分析[J]．電力系統自動化，2011，35(22)：77-81．

[3] 孫榮富，張 濤，梁 吉．電網接納風電能力的評估及應用[J]．電力系統自動化，2011，35(4)：70-76．

[4] 于海洋，呂鳴鏑，周衛東，等．基于調峰裕度分析的電網風電消納能力研究[J]．東北電力技術，2016，37(7)：26-28.

[5] Kristin Dietrich,Florian Leuthold,Hannes Weight.Will the Market Get it Right?-The Placing of New Power Plantsin Germany[C].Leven:2009CIGRE/IEEEPES International Conferenceon the European Energy Market,EEM 2009,2009,1-10.

[6] 邢振中，冷 杰，張永興，等．火力發電機組深度調峰研究[J]．東北電力技術，2014，35(4)：18-23.

[7] 楊冬鋒，周蘇荃，鮑 鋒．風電并網系統低谷時段的調峰能力分析[J]．電網技術，2014,38(6)：1 446-1 451．

Influencing Factors of Wind Power Absorptive Capacity in Heilongjiang Grid and Improving Research Measures

ZHAO Jun

(State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.，Harbin，Heilongjiang 150030，China)

Wind power consumptive issue is not only the main problem faced by the Heilongjiang provincial power grid，but also is the problem of Chinese and world wide. In this paper，the main factors affect the Heilongjiang provincial power grid wind power consumptive capacity analysis from multiple angles and summarize the effective measures to enhance domestic and international wind power consumptive ability.It has great reference significance to the healthy development of wind power in Heilongjiang province.

power; wind power; absorptive capacity; peaking; measures

TM614

A

1004-7913(2017)04-0021-03

趙 君(1964)，男，碩士，高級工程師，從事電力系統分析與運行工作。

2017-01-20)