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    可再生能源高速发展对电力系统平衡提出重大挑战

    小静 2016-09-08 16:13

      2016年8月29日—30日,西藏光热发电项目建设研讨会在成都成功召开,会中国家电网能源研究院副院长蒋莉萍发表了以《可再生能源与电网发展相关情况》为题的主旨演讲,讲述了可再生能源与电网协调发展的相关问题,并对光热发电可控、可预测、可调度方面的优势给予了肯定,此外她还将西藏电网未来的发展构想向与会人员进行了简要介绍。

      蒋莉萍认为,如果将太阳能作为可再生能源集中开发利用的话,光热无疑是很好的选择。光热发电的技术趋于成熟,更接近电力系统对电源的可控、可预测、可调度方面的要求。正如相关专家所言,能够开发光热发电的土地资源其实很稀缺,因此需要把光热的发展作为国家未来发展的一个战略性选择布局,且应该尽快提上日程。另外如果未来有充足的电力市场,光热的价值区间会很大,不仅是在能量方面、辅助服务上可以拿到市场份额,在未来市场架构,整个能源的系统价架构上面都会产生很大影响。

      蒋莉萍指出,未来可再生能源一定要替代传统能源的局势是全球同行达成的一个共识,因此未来光热在系统服务、市场架构、黑启动能力、基础负荷方面必须要扮演重要角色,这是光热市场基本的发展架构。

      对于光热发电在西藏的发展前景,蒋莉萍认为光热发电对于西藏打造以清洁能源为主体的电力系统将会扮演非常重要的角色,但应结合水电基地开发统筹考虑通道建设,同时开发光热资源外送会给西藏地区带来大范围的工业化建设,促进西藏的经济发展。

      (本文根据录音和PPT资料整理,文章内容未经演讲者本人审阅)

      可再生能源高速发展对电力系统平衡提出重大挑战

      可再生能源,并不仅仅指的是风能、水能、太阳能,还包括生物质、地热和海洋能,其中可再生能源中又有非水可再生能源的分类。近几年,非水可再生能源发电在全球范围内的快速发展,尤其是国际上能源需求已经处于饱和的国家,它们处于一种总量更新的状态。

      非水可再生能源发电行业飞速发展,2015年,全球可再生能源新增发电容量约为1.5亿千瓦,为历年最高;累计装机容量约为18亿千瓦,其中,非水可再生能源装机约为7.8亿千瓦,约占全球总装机的12%;全球非水可再生能源发电量约1.6万亿千瓦时,约占全球总发电量的7%,其中,风电发电量占非水可再生能源发电量的份额超过一半;太阳能发电总装机突破2亿千瓦,达到约2.27亿千瓦。

      全球光热发电装机逐步增长,截至2015年底,全球光热发电装机容量465万千瓦,同比增长6%,2006—2015年年均增长率约为31%。97%的装机容量集中在西班牙、美国、印度、南非和阿联酋五个国家,其中西班牙和美国的装机约占全球88%,是光热领域的两个超级大国。

      我国目前的非水可再生能源的发展主要以风能和太阳能为主,到2015年,我国风电、太阳能发电等非水可再生发电新增装机容量超过5000万千瓦,累计装机容量超过1.8亿千瓦,占全球总量的四分之一;发电量约2790亿千瓦时,同比增长25%,约占全国发电量的5.0%,风电、太阳能光伏发电累计装机容量均位居全球第一。

      实现能源绿色转换,大力提高光伏等可再生能源比例,是世界各国能源战略调整的共同选择。然而整个电力系统的发展在以可再生能源发展为主的能源格局中扮演一个非常重要的角色,在实现大比例接纳可再生能源发电的同时确保电力系统安全稳定运行并控制成本,是全球电力发展的共同难题。可再生能源的高速发展对于电力系统的平衡提出了重大挑战,比如高频波动和具挑战性的频率控制、可再生能源发电出力爬坡率极陡、由于按小时进行交易产生的可再生能源发展交易误差、可再生能源预测不准确,极短期光伏发电预测变化、日内市场的价格尖峰等。

      尽管当前我国的可再生能源发展势态良好,但是弃风弃光顽疾难解,依然是我们所面临的难题。目前中国可再生能源体量这么大,理论上不应该有这么大的弃风现象出现,根据我们的分析和测算,如果燃煤机组能够按照技术处理去调度,而不是按照现行调度规程里边的要求(对火电机组在压负荷的能力上没有要求一定要达到一定的技术数据),如果我们真正能做让火电机组达到现在不需要投入改造和技术处理的话,其实我国目前的弃风状况应该可以降低至少5到6个百分点,比如在西北和东北这些地方。国际上也做过相关研究,比如美国西部风电/太阳能发电并网研究表明,西部电网可以通过加强小时内调度实现高渗透率风电并网下电网的安全稳定运行,同时不需要额外增加大量的调节备用,有利于降低运营成本,这就对电力系统的调度运行的精细度提出了更高的要求。

      可再生能源发电应与电网协调发展

      众所周知,一个特定电力系统(电网)接纳变动性可再生能源的能力,主要取决于该系统的电源可调节能力和系统可调用的灵活性资源(电源侧及负荷侧);一个特定地区的可再生能源资源的开发规模,主要取决于其所在电网的覆盖范围负荷需求水平/规模。因此为进一步提高电力系统接纳新能源发电的能力,需要从电源结构、电网基础、需求侧响应、调度运行等方面出发实现整个电力系统综合协调和优化资源配置,建立适应大规模变动性电源并网的电力系统运行管理体系。

      首先需要具备更先进的技术手段和管理措施。从长远看,大规模可再生能源开发利用,技术上不存在无法逾越的障碍,但是就每个具体的发展阶段和系统而言,如果缺乏必要的技术措施和手段,则会带来许多现实的问题和矛盾。这些技术主要体现在可再生能源发电出力预测技术、大容量输电技术、智能用电互动技术、系统控制及调度运行技术、储能技术、通信技术和传感技术等方面。要大规模的开发利用可再生能源,应从双向提升“友好性”角度出发,扩大电网覆盖范围,增强跨区电力交换能力,改变传统的电力供用关系模式及系统的运行模式,政府应通过价格机制、政策导向和市场来构建不同利益相关方的盈利模式。

      另一个方面,必须高度重视规划、建设方面的协调性,这是提高发展效率或者降低发展代价的前提。并网不等于“消纳”,尤其对于资源丰富地区的基地开发模式。

      此外,必须高度重视电网建设。电网是决定四种灵活资源能否参与系统平衡的关键因素。重要输电线路阻塞是造成系统灵活资源无法共享的重要原因,风电等不稳定电源多位于远离负荷中心的电网相对比较薄弱的地区,大规模波动电源并网必须加强电网结构,加强电网互联。西藏位于我国西南部,地形复杂、气候独特,水能、太阳能、地热能、风能等可再生能源丰富,因此电网建设的重要性不言而喻。

      西藏电网的未来发展设想

      西藏未来的发展,从增速来看,电源一定要统筹协调地考虑变动性电源包括风电、太阳能等与常规电源尤其是具备可调节能力电源之间的协调,整个发展规划上双方一定要匹配,火电结构性过剩,风电弃风等都是发展不协调带来的问题。未来的发展要从整个规划目标,包括规模、资源、系统条件布局、消纳方式、范围等方面做更加精细的安排,就像光热电站的发展要根据用地很好的设计电站的架构和方案一样,系统也是需要前期的设计否则损失重大。对于西藏来说,它目前的电网并不十分强大,未来电源一定要与电网协调发展,保证整个系统源网合一的发展。

      能源的发展对未来的市场架构是一个非常重要的要素。我国新一轮的电市化改革刚刚启动,新能源市场刚刚建立,大家的关注点主要集中在售电市场怎么匹配,新的售电领域怎么划分,并没有过多的考虑可再生能源在未来的市场架构中相应机制的设计,实际上这是我们需要高度重视的一个方面。以英国为例,以下是英国电力市场的分析:

      以每千瓦时为计量的市场价值,现在的市场基本上90%都是电力市场,系统服务和容量市场占的比例非常小,仅5%以内,另外针对可再生能源的差价合约的市场也是刚刚启动。未来到2030年可再生能源的价值达到足够大以后,以可再生能源为主的能源系统架构将发生极大改变,系统服务,容量市场以及差价合约比重都会扩大。系统重大变化需要新项目的支持,新的市场设计、新的电网设计和新的能源结构。

      西藏如果未来要走市场化道路的话,在可再生能源上面要有充足的考虑。光伏产业在近几年呈现出势如脱兔的发展趋势,到2015年全国累计装机容量达到4318万千瓦,约85%是集中式光伏电站。光伏也是以集中电站为主的开发方式,但如果将太阳能作为可再生能源集中开发利用的话,光热无疑是更好的选择。光热发电的技术趋于成熟,更接近电力系统对电源的可控、可预测、可调度方面的要求,相关专家也认为,光热的资源本身很稀缺,因此应该把光热的发展作为国家未来发展的一个战略性的选择或者布局非常有必要,而且需要尽快提上日程。另外如果未来有充足的电力市场,光热的价值区间会很大,不仅是在能量方面、辅助服务上可以拿到市场份额,在未来市场架构,整个能源的系统价架构上面都会产生很大影响。未来可再生能源一定要替代传统能源的局势是全球同行达成的一个共识,因此未来光热在系统服务、市场架构、黑启动能力、基础负荷方面必须要扮演角色,这是光热市场基本的发展架构。

      以下是对西藏未来发展的计划:

      近期目标(2015-2020年)是内部电网建设阶段。电网覆盖西藏74个县(市区)和主要乡镇,主要县域实现双电源供电,并因地制宜,适当提高农村电网供电可靠性;城市电网基本实现智能化;加强和完善西藏220kV及以上主网架,形成坚强的电力汇集和配置电网平台;基本建成坚强的、适应西南同步电网的西藏统一电网。

      到2030年实现大电网进一步延伸覆盖西藏大部分乡镇,重要乡镇实现双回路供电;城市电网装备及智能化水平进一步提升,供电可靠性等核心指标达到内地主要城市水平;藏中电网形成坚强的500kV双环骨干网架,西藏统一电网各部分之间联系更加紧密,电力汇集和配置的能力进一步提升;依托西南特高压同步电网及特高压直流通道,藏东南“三江”及雅江下游水电实现大规模外送。

      2040年农村电网用电水平和供电可靠性进一步提高;城市电网各项指标达到国内先进水平;西藏水电基本开发完毕,实现外送近1.4亿千瓦;太阳能等清洁能源实现较大规模开发,并配套建设新的外送通道。

      2050年结合一带一路的发展跟周边国家进行国际合作的开发,根据太阳能等清洁能源开发外送的规模,以及国际河流开发利用情况,建设国际联网工程及输电通道,发展电力国际贸易。

      总体来看,2020前的内部目标最务实,2030年以后是西藏的水电开发,包括国际合约的开发,这些问题非常复杂,未来发展还取决于国家意志。

      目前西藏已经形成以水电为主的清洁的能源供应系统,同时拥有丰富的太阳能资源,因此在打造“国家新能源示范区”方面可以做很好的实践,也可以起到示范效应,同时也应该总结自身发展的经验同国际比如夏威夷等高比例可再生能源示范的项目进行交流,在未来发展上借鉴其经验。

      同时对光热的发展还存在定位的问题,是作为内部的发展还是外送,蒋莉萍认为首先要定位在内部,西藏应该认真思考光热资源是做集中式的光伏开发还是作为光热开发。如果具备开发光热的条件一定要合理利用,光热对于西藏打造以清洁能源为主体的电力系统将会扮演非常重要的角色。对于光热打造外送的问题,应结合水电基地开发统筹考虑通道建设,开发光热资源外送会给西藏地区带来大范围的工业化建设,促进西藏的经济发展。

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