新能源消納現狀與改進措施研究

孟天璇 姚夫慶 高輝

摘要：現階段，以風電、光伏為代表的新能源，在我國能源結構中的地位越來越重要，但風、光等新資源的隨機波動也給電力系統的穩定運行帶來了挑戰。風電、光伏高出力階段，電力系統無法接納全部新能源發電，造成“棄風”“棄光”等棄電問題。基于此，下文將對新能源消納現狀與改進措施展開詳細的分析。

關鍵詞：新能源;消納現狀;改進措施

1 電力新能源的概念和特性

我國目前正處于社會經濟發展的關鍵階段，對電力能源的需求量非常大。就目前我國電力能源的發展現狀而言發電方式主要有：火力發電、水力發電、風能發電、太陽能發電、核能發電等，新能源發電所占的比例不足總發電量的5%。火力發電是通過燃燒煤炭、石油等不可再生能源進行發電，消耗的能源非常大，而且會對周圍的生態環節造成嚴重污染。在不可再生能源日漸枯竭的背景下，開發新能源進行發電就顯得尤為迫切。所謂新能源指的是除了傳統能源之外的一切可利用和可推廣的能源。在電力系統新能源指的是利用相應的科學技術對可再生能源進行開發利用，然后應用在電力領域當中，比如：水能、風能、沼氣能、太陽能等。而且新能源在發電應用中，并不會對周圍的環境和人群造成影響。

2 新能源消納現狀分析

（1）高比例新能源加大電力系統電力平衡難度

新能源隨機波動性強，高比例新能源并網將導致發電波動大幅增加，2019年國家電網有限公司經營范圍內新能源日最大功率波動已超過1億千瓦，山東、山西、寧夏、新疆等地區日最大功率波動已超過1000萬千瓦。在電源跟隨負荷變化調節的運行要求下，其他常規電源必須跟隨新能源波動調節。然而，我國電源結構以火電為主，可隨新能源波動靈活調節的電源較少，未來高比例新能源并網將導致電力平衡非常困難。

（2）高比例新能源并網導致電網安全穩定運行風險劇增

新能源發電具有弱支撐性和低抗擾性，隨著新能源大規模接入，常規電源被大量替代，系統轉動慣量和調頻、調壓能力持續降低，電網發生大范圍、寬頻帶、連鎖性故障的風險持續累積。同時新能源機組有功調節能力不足，導致系統頻率控制能力不斷下降。故障沖擊下，電網頻率跌落速度更快、幅度更大。新能源集中接入地區短路電流水平普遍較低，故障沖擊下電壓波動大，易引發新能源連鎖脫網事故。此外，大量分布式新能源接入配電網可能引起系統功率失衡、線路過載、節點電壓超限等問題，對供電可靠性帶來極大挑戰。

3 新能源消納改進措施分析

3.1 提高新能源功率預測精度

新能源出力預測技術一直是國家研究的重點，具有功率預測技術旨在預測新能源功率的變化，減少高波動性對電力系統的影響。預測技術的進步可以改善傳統電力調度的方式，強化電力系統的運行安全和經濟效益，減輕電力系統在負荷高峰期的部分壓力，提高風電效益。現有的新能源出力預測技術根據預測范圍可分為用于新能源場站設計的長期預測、用于機組維護和控制策略的中期預測、用于電網優化調度的短期預測、用于機組實時控制的極短期預測。常用方法有自回歸移動平均模型、神經網絡、支持向量機、模糊邏輯等。

3.2 加強新能源與靈活調節電源統籌規劃

一方面考慮新能源資源的差異性，進一步開展全國風能、太陽能等新能源資源勘查和評估，確保資源的精準、高效利用;充分利用風、光資源自身互補性，在全國范圍廣域優化布局新能源，制定各區年度新增建設規模、裝機布局和開發時序。另一方面加強新能源開發與靈活調節電源的協調規劃。考慮新能源發電波動性，在發展新能源的同時，優化電化學儲能、抽水蓄能、燃氣電站等靈活電源規劃，支撐新能源消納能力持續提升。

3.3 先進新能源發電技術

電源響應解決措施主要內容就是提高發電能量的轉換效率，而研發新技術能夠很好的滿足提高能量轉換的要求。就我國目前新能源發電而言，單機容量非常小，單次運行投入的資金比較大，而且能源轉換為電能的效率也比較低，也是影響電力新能源安全高效利用的主要。比如：風能發電，其原理就是把大自然中的風能先轉化為機械能，然后通過相應的設備把機械能再轉化為電能，通過計算得出，其轉換效率只有30%～40%，而太陽能轉化為電能的效率更低只有10%～20%，相比而言，水能轉化效率比較高，可到80%～95%，火力發電為60%～70%。從這幾組數據中可以看出，新能源發電能量的轉化率還不足傳統能源轉化的50%。就風力發電而言，風輪機性能在影響發電率的關鍵，所以必須引進新技術來優化在的風輪機的結構，比如：借鑒德國風力發電的智能葉片和自動化控制系統，提高風輪機捕風的能力，可以很大程度提高能源轉換的效率。

3.4 綜合能源系統調度優化

一般情況下，將含能源供給側、靈活調節資源以及負荷需求側整合成一個綜合能源系統，可以協調各種能源的發電運行。在供電側，統火電、風電、光伏、水電等多種能源形式都可為綜合能源系統提供電力輸入。在負荷側，大型電動汽車可以在夜間風力發電量大的時段進行充電。動態電價政策會影響用戶的用電時段，保證負荷的平穩可控，解決負荷與新能源發電量在時間尺度方面的沖突。抽水蓄能、蓄電池、儲熱等靈活資源可以擴展傳統能源發電的調節范圍，促進新能源消納。綜合能源系統的主要任務是維持電力和熱力供需平衡，以最大限度降低系統的運行成本和新能源的棄電。需要根據綜合能源系統內各環節的運行特性，建立其數學模型，并設置參數運行范圍，將綜合能源系統的經濟調度轉化為帶有方程和不等式約束的數學規劃。可以采用粒子群優化、魯棒優化、深度強化學習等方法進行數學規劃，設計以提升新能源消納能力為目標的綜合能源系統源網荷協調調度策略。

結束語

綜上所述，電力系統靈活性的不足是造成新能源棄電的直接原因。為了促進新能源消納，需要提高風電、光伏自身的功率預測和控制精度，增加更多的靈活性電源。充分利用負荷側響應、優化源網荷協調調度策略是提高新能源消納的關鍵。加快新能源外送通道的建設，逐漸提高新能源外送電量，是拓展新能源消納空間的重要手段。

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