基于可再生能源高比例消納的供電企業“323”協同發展管理模式研究

錢仲豪 茅 雷 王 謙 張 駿

（國網南通供電公司，江蘇 南通 226006）

隨著我國能源結構的不斷優化，各種類型的能源相互耦合消納，促進了可再生能源的高效利用。多能互補系統以全面調度管理和系統優化運行手段，使能源管理模式發生了改變。提高可再生能源利用效率，促進可再生能源消納，有助于早日達成“雙碳”目標以及改善各類能源用電負荷，對改善環境污染和建設綠色社會具有重要的現實意義。

一、可再生能源高比例消納基礎能力分析

（一）東部沿海城市可再生能源的資源分布特點

在我國東部沿海地區的可再生能源發電項目開發過程中，相關地區和城市的可再生資源儲備豐富，太陽能、風能等可再生能源發電比重逐年上升。截止到2020年，江蘇省光伏發電裝機容量已超過一千萬千瓦，風電累計裝機已達到九百萬千瓦。近年來，核電已經成為東部沿海城市可再生能源發電主要力量，促進了生產結構和能源消費方式向低碳化和可再生化轉型。

我國東部沿海地區和城市的可再生資源開發量較大。根據相關數據，在參考低風速區域資源的狀況下，東部沿海城市陸上風力資源可開發量達到了8.96億千瓦，海上風能資源為2.11億千瓦，合計約為11億千瓦。

東部沿海地區集中式的光伏發電站可開發量為3.6億千瓦，分布式可再生能源裝機的潛力是5.3億千瓦，把光伏發電建筑考慮在內，則達到9億千瓦。東部沿海地區房屋建筑面積約為十萬平方公里，且三十年后總用電量的四分之一將是通過光伏發電產生的，設備所需占地安裝面積大約為東部沿海地區現有房屋面積的25%。目前，中東部已開發的風能資源和太陽能資源占可開發資源量的比例不足1/10，大多資源還未利用起來。考慮到生物質能、地熱能、海洋能、潮汐能等實際情況，東部沿海地區的可再生能源發展前景較好。

（二）東部沿海城市可再生能源的電網發展特點

1.東部沿海城市可再生能源的電網發展特點

伴隨著西北地區棄風和棄光問題日益尖銳，構建負荷中心可再生能源消納前景道路成為能源發展的一條途徑。在《風電發展“十三五”規劃》中，明確提出要重點推動蘇、浙、粵、閩四省的海上風電建設進程。光伏方面，發展中心也逐步由西部向中東部沿海地區轉移。風能資源和光伏資源為代表的可再生能源會在華東區域得到進一步規模化發展。

華東地區可再生能源發電的比重較低。滬、蘇、浙、皖和閩四省一市被包含在東部地區的華東電網的供電區域。近年來，該電網以長三角城市群為核心，基本形成了受端電網局面。滬、江蘇南部、浙江北部和安徽南部構成了華東五百千伏主環網。被納入華東電網的跨區直流一共有八回，總額定容量39760MV。

按照華東地區能源發展規劃，到2025年，風電和光伏將進一步翻倍增長，得到迅猛發展。隨著可再生能源裝機的不斷發展，電網在未來可能會出現消納壓力。

2.東部沿海城市可再生能源的特性

（1）風電出力特性

相關資料表明，華東電網2019年至2020年8月的風力出電范圍在10%～20%的占比最大，在20%～30%的比重則位于第二，在60%以上的情況基本不會發生。因此，可以推斷出華東地區秋冬季節風力資源較為豐富，夏季風力資源則相對匱乏。

（2）光電出力特性

據資料統計，光伏日出力的頂峰時間段大約集中在11時至13時。2020年華東電網光伏電站發電峰值集中在夏季，而分布式可再生能源在秋季發電量大。

（3）風、光互補特性

風電利用小時數夏季低秋冬高，而光伏發電利用小時數夏高秋冬季節低，故而風電和光伏具有互補性。光伏發電一般集中在正午時間段，風電出力在中午時段較小，因此微觀上風電與光伏出力也具有弱互補性。

（三）東部沿海城市可再生能源電網消納現狀

可再生能源發電裝機規模在總體上呈現較大的上升趨勢，客觀系統評價電網消納可再生能源的能力是促進可再生能源滲透率和保證系統安全穩定運行的前提。電力平衡約束和電網安全約束是可再生能源高比例消納的兩個核心問題。從電力平衡的視角出發，以多狀態概率模型來描繪東部沿海地區可再生能源的發電特點，從而提出以電網擬接入的風光等可再生能源的裝機規模、損電量、消納電量和在無約束情況下，來評估電網的消納能力，然后形成可再生能源消納能力分析模型，為評估東部地區消納可再生能源的能力探索出切實的方法。

二、東部沿海城市可再生能源高比例消納的路徑

（一）可再生能源高比例消納的基礎發展路徑

1.形成高度開放的市場能源體制

堅守能源供應安全可靠的底線，建立健全能源法治體系。通過允許社會資本以自主的形式參與市場競爭，構建出高度開放、良性競爭的能源市場體制。采用市場優化配置資源的決定性作用，激發能源的商品性。完善價格機制，引導和鼓勵形成清潔、節約、高效的能源生產和消費方式。

2.構建互聯、共享的多元供給體系

以柔性輸電技術和特高壓交直流輸電技術為手段，不斷擴大可再生能源的輸送途徑和消納范圍，進一步發揮不同區域間的能源互補性和時空互補性。在配網層面，促使電動汽車、分布式電源、靈活調節負荷等可控分布式設備的主動接入，使相關方具備生產者和使用者雙重屬性，并通過能源路由器打造各個節點之間的信息交換平臺，促進能量在各個環節之間靈活雙向高效流動。

3.引進能源新興技術的革新應用

一是開發利用更先進的可再生能源發電設備，尤其是在家用和商用方面。二是不斷優化和提升智能配網的領域技術，重點發展特高壓輸電技術，實現可再生能源遠程大容量的優化配置。基于先進電子技術和信息技術，發展具有智能管理、智能故障識別、支持分布式設備接入等功能的新型智能電網。三是進一步發展電轉氣等新型能源技術，以電能為連接器打通各種能源形式之間相互靈活轉化和應用。

4.建設能源互聯網發展協調機制

構建“發、輸、配、用”分層互動的技術系統，明確基于電價和激勵的配用環節互動策略；構建可再生能源監測體系，強化綠色調度數據支撐，強化月度指標考核和信息發布；加強日間預測和優先調度評價，加大日內運行監視和智能控制；構建綠色調度評價指標體系，創建一體化的綠色調度評價流程，應用風光優先調度評價平臺，規范棄風（棄光）電量計算。

（二）可再生能源高比例“三個協調”的系統創新路徑

1.源網荷儲協調優化

將“源-網-荷-儲”配套解決方案囊括在內的運營方案即為“源網荷儲”一體化系統。“源-網-荷-儲”四者之間通過多形式的交互感應與協調運作，有助于實現電力系統功率的動態平衡，精準控制可中斷的用電負荷和儲能設備，保障電網安全運行，改善可再生能源并網過程中對電網產生的波動性等問題。

2.電網政企協調機制

圖8a展示了Loppa高地西部、Bj?rn?ya盆地內的氣煙囪分布的地震反射雜亂特征，覆蓋面積達36 km2，終止于白堊紀地層的頂部。Bj?rn?yrenna斷裂復合帶（BFC）（圖1）小的氣煙囪位于斷裂的右側（圖8a）；推測氣體沿著這些斷層向上遷移。Polheim子臺地識別出一個超大氣煙囪（圖8b），寬大約為12 km，覆蓋面積達130 km2，顯現聲學假象特征。

加強政企協同，橫向和政府部門積極對接，掌控好政府能源部門對可再生能源發展項目的規劃和政策，形成定期溝通機制和常態合作關系，在電網規劃、資源規劃、項目工程建設、能源接入等方面展開全方位合作，促進政府主導的可再生能源規劃方案與電網規劃的融洽對接。

3.電網系統調度優化

構建電力能源利用效果模型，提升可再生能源消納；搭建能源系統智能管理平臺，從能源定時監測、能源信息輸出、能效研判、能源數據預測、能源調度、能源平衡、需求側響應服務等多方面優化能源互聯網調度。

三、東部沿海城市可再生能源高比例消納的發展策略

（一）實行風光資源大規模開發的時序配合管理

在東部沿海城市可再生能源發電項目容量規模和站址優選已確認后，確保可再生資源的合理配置，制定優化目標、構建優化模型、選擇解決方法，對該區域的可再生能源發電項目的發掘和實施，設計出一套最合理的時間順序協調決策方案。

以多目標決策理論和方法為出發點，以安全、綠色、節能、經濟性為基本原則，以區域內二氧化碳排放量最小和煙塵廢氣排放量最低、煤炭使用率最小和效益成本最優為決策的目標函數，以電量保障約束、裝機容量規模約束、備用容量可靠性約束、污染物排放量約束、電源結構下上界約束、機組出力約束和最早投運年限約束等為約束條件。

優化模型應以經濟效益優先、生態效益高、化石能源消耗最低為目標，在滿足電力需求和負荷的前提條件下，參謀能源供給狀況和環境保護效益約束條件，以及經濟、能源、環境三者協調發展的最終目的。以南通市為例，針對電網承載力開展計算，以可再生能源承載力評估計算結果為指導，合理開展可再生能源規劃評審，科學有序引導可再生能源接入，優先考慮規劃綠色區域、避免扎堆接入黃色區域、積極調整疏導紅色區域，促進可再生能源高比例消納。

（二）可再生能源開發的技術方法及裝備管理與電網融合應用

1.虛擬電廠

組成虛擬電廠的主體呈現出規模化與多樣化的特點，其運作方式也更為復雜，使得認知主體和調度管理的難度也更大。首先，虛擬電廠中各個主體的不穩定性較大，難以實現精確的物理模型構建。其次，用戶的多方行為、多種終端間的耦合極大地降低了虛擬電廠參與能量管理、參與市場交易的可行性。在這種情況下，擬用數據驅動的方式對實現參與主體的精準認知與合理調度、市場交易決策的制定具有明確的指向性。

2.激勵模型應用

分布式能源由于自身容量約束和功率限制，一般無法直接參與電力市場的各品種交易，受自身功率輸出的不穩定性影響，在電力市場交易中的競爭力較弱且承擔的風險成本較高。為有效防范可再生能源偏差考核風險，針對可再生能源較大的特點，構建完備的可再生能源上、下調服務鼓勵機制，激勵發用電兩側積極參與市場化交易，減少系統供需平衡偏差，以提升電力市場活力，促進自由交易。

（三）電力市場激活電網靈活性的管理模式

1.調整日前市場

省間增量交易、需求側響應交易、調頻輔助服務、省內電能量交易這4個交易品種被包含在日前市場內。首先，相關機構應根據邊界數據來進行實時調度，并組織好省間增量交易和需求側響應交易，然后把交易結果作為省內電能量市場交易的邊界數據。其次，利用好安全約束機組組合算法，以合適的購電成本為目標確定燃煤機組的開停方式。再次，組織調頻輔助服務市場交易，并根據調頻市場出清結果，對發電機組的發電能力進行修正。最后，通過SCED模型對日前發電計劃進行校正，以獲得實時出清結果。日內機組組合則用于銜接日前市場和實時市場，以適應可再生能源預測偏差、負荷預測偏差對電網運行的影響。

2.輔助服務市場設計方面

堅持以中長期交易為主、現貨交易（輔助服務交易和電能量交易）為補充的原則，鼓勵和推動可再生能源保障性電量以外的部分積極參與市場競爭，逐步擴大可再生能源參與市場競爭電量的交易比重，從而促進東部沿海城市電網可再生能源消納水平的提升。

3.零售市場設計方面

用戶根據自身需求和售電公司在“去中心”化的電力交易平臺上簽訂交易合同。隨著非市場化用戶數量的逐步減少，市場化用戶和個性化售電套餐的不斷增多，將使更多需求側的靈活性資源能夠參與到系統平衡調節中，更靈活的零售電價對需求的調節作用也更為明顯。

四、結語

高效地開發和利用可再生能源是實現“碳達峰、碳中和”的重大戰略性舉措。優化可再生能源并網接入和調度運行，規范可再生能源參與市場化交易，及時發現可再生能源發展中存在的突出問題，有助于保證可再生能源得到高效的利用，進一步促進可再生能源企業的高質量發展。供電公司可再生能源高比例消納協同發展管理工作的推進，將促進多能融合協同發展管理策略逐步成型，使可再生能源開發的技術方法及裝備水平管理得到質的提升，并為可再生能源高比例消納協同發展管理提供實踐經驗，助力管理攻關，提升電網發展的經濟效益和社會效益。