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国网山西电科院王金浩:山西电网高比例风电光伏接入趋势与应对思路

作者:发布时间:2019-08-14 10:45

新能源本身的特点就是不可靠,我们系统是需要可靠的电源,谁来可靠起来?就是储能,储能和新能源的结合,未来是一个比较确定的方向。

——国网山西电科院电网技术中心主任王金浩

8月7日-8日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”在北京召开,在8月8日分论坛一“风光储创新技术专场”中,国网山西电科院电网技术中心主任王金浩作“山西电网高比例风电光伏接入趋势与应对思路”报告。

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国网山西电科院电网技术中心主任王金浩

大家上午好!由我主持上午的分论坛。欢迎大家来咱们风光储创新技术专场,上午由我先给大家做第一个专题的交流,关于山西高比例风电光伏接入趋势以及应对思路,跟大家做一个交流。

这是一个比较接地气的题目,我拿一个省一级的电网或者省一级的光伏接入的情况做一个典型。山西电网在咱们整个中国的电网位置也是一个比较特殊的位置,属于东西南北的一个中心地带,整个山西新能源的接入情况也是没有特色,没有特色就是一个最大的特色,新能源的比例占的比较高,但不是最高的。

下面我从三个方面解释一下这个题目,第一个,人说“山西好风光”,山西新能源主要是风电和光伏接入的情况,第二个就是大量的新能源接入对山西电网造成的一些问题或者挑战,第三个方面是我们对这些问题怎么处理,怎么解决的,以及未来应对的一些思路,下面我从这三个方面给大家做一个交流。

首先,人说“山西好风光”,我们山西的风电和光伏这几年虽然起步比较晚,但是他们发展还是很快的。截至目前,我们山西的风电装机达到1100万,在国网是排第五,在全国排第六,虽然整体规模不是最大,但是利用小时率还是非常高的,在全国是数一数二的。我们省调集中式光伏600多万,将近650万,还有分布式的光伏,加起来将近一千万的级别。

下面是我们山西风电光伏发展的几个重要历程,从07年是第一座国产的,到现在将近十年多一点的时间,达到山西第二大能源,装机已经20%多。在16年的时候第一次出现弃风弃电的现象,十年之间,从第一座到弃风弃光,这个发展速度是非常快的。我们知道山西和别的地方不一样,山西是一个电力大省,光火电装机就有将近六千万,六千万的火电装机,还有弃风弃光,发展确实非常快。

我给出几个数,截至目前新能源的装机情况,这是最新数据,省调的集中式供电装机1150万,省调的集中式光伏将近700万,还有分布式光伏加上弃风弃光将近三百万,大数就是2500多万,这是目前已经在电网运行的容量。另外省调集中式的风电是占主体。随着新能源接入量越来越大,新能源如果按照规划,是比较理想的,但是我们很多时候新能源接入的时候并不是按照我们的规划接入的,很多时候是按照资源的位置去接入,造成在局部的地方出现问题。19年上半年新能源发电量175亿千瓦时,其中同比增长将近20亿千瓦时,增长11%。我们的弃电量并不是很高,新能源的利用率在99%以上,从接入的角度来说,从调度运行角度来说,省间互济,进行联合的消纳。

这是规划和实际的对比情况,十三五规划的容量,风电和光伏2800万,我们已经核准的将近四千万,整个新能源发展还是大大超出我们之前预期规划的数据。同时,发改委下发了《关于完善风电上网电价政策的通知》,电价可能大幅下降,2020年会是一个比较大的槛。未来这一年压力会非常大。

第二,能发展对我们电网带来的一些机遇以及挑战,新能源本身是一个新生事物,虽然已经有几十年的时间,但是它相较其他的方向,还是一个新兴的方向,我们本着包容和接纳的一个态度来看待它。新能源的发展,从山西省的角度来说,也是一个机遇。因为山西在前段时间刚刚中央下了一个山西能源改革的文件,山西作为能源革命的排头兵,这个革命提的是比较高的,要有比较大的动作。新能源是我们一个新的转型驱动的动力,第二个就是低碳发展转型的需求,新能源对整个山西的环境都会有一个比较大的改变。第三从技术创新驱动的角度来说,全国的光伏项目在山西批了四到五座,有几百万的装机,这些代表了在光伏行业最新、最领先的一些技术。包括集中式和分布式相互补充,我们前面提到了,山西的分布式光伏有将近三百万,未来几年还有大量装机的,新增两百万左右的规模,这个规模也是非常大的。

下面说一下新能源给我们带来哪些挑战?新能源本身带来的挑战,跟对所有的新事物的挑战是一样的。对新事物要有一个了解,包括调动性、间歇性、反调性,发展非常快速,有些无序。我们知道原来做火电电网规划的时候,火电机组可以根据电网结构去设置。比如北部电网比较弱,重新配置一个火电机组。风电厂和光伏电站不一样,别的地方的光资源好,我在那儿配一个,周边没有电网或者线路都没有,就会造成对电网整体规划的冲击。还有跟传统电网的融合问题,我们知道新能源有很多自己的特性,和我们传统的火电机组特性不一样,很多东西都和传统的有很大的不同。另外就是从电网侧对新能源的认知问题,这是一个过程,现在很多网侧对新能源的态度也在慢慢的转变。从排斥到接纳,从不积极到主动去调整,这需要一个过程。在这个过程中会有很多矛盾,这是非常正常的,需要从量变到质变的角度去理解它,最终目的是要解决新能源高效利用。新能源最大限度把它利用起来,这是我们最终的一个目标。

刚才主要说的是大规模的集中的新能源,实际上分布式新能源已经不能忽视它了,它已经从几百千瓦到几千千瓦到了几百万的千瓦,分布式新能源的接入无序状态会更强。核心问题就是分布式新能源可观可测,怎么去对它进行整个的监测和调度。现在大量的上网,已经不完全是自发自用,很大程度上是要上网的。尤其在山西,在城市里面负荷中心的分布式光伏主要是自用,到了山西省村级光伏电站,或者一家一户的,主要是上网,他自己用不完。这就导致一个后果,我们看到从调度侧往下看,负荷发生很大变化,带来很多新的一些问题。

再一个就是新能源的出力波动大。波动大很容易理解,无论风也好,光也好,都是自然条件的,不是受控的条件。我们给出一组数据,风电5分钟最大波动幅度可以达到47万千瓦,47万是什么概念呢?按风电装机的话,大概是5%的波动,15分钟的波动达到72万千瓦,两年以后,新能源装机可能还要增加一倍,同时因为我们火电机组给新能源作为一个后备或者调峰,大大缩减,新能源是增长的趋势,以后新能源的波动是一个不能忽视的问题。下面是光伏的波动,光伏全省5分钟最大变化幅度达22万千瓦。

第四个就是新能源功率峰值预测存在难点,新能源高效利用,很重要的一个方面,就是我们为什么没法去高效的消纳它?主要是新能源发电的曲线,明天或者一会儿发多少电,我们没法把握,所以我们有很多火电机组是给它做备用,这是根本原因。从预测上还不准,有百万级的差别在极端的时候,当然有的时候也相当不错,有的部位做的比较好。

下一个问题就是分布式电源会引起电网负荷特性发生很大的变化。最近两年分布式发电可以说呈井喷式发展,18年分布式发电比去年增加了1.5倍。全省分布式新能源装机达到250万千瓦,用电负荷早高峰尖峰特征逐渐削弱,正常的话应该是两个高峰,每天上午一个高峰,下午一个高峰。这个早高峰由于风电光伏的发电,把这个峰削下去了,有一部分自发自用了。第二个就是中午的时候,中午正常有一个低谷,由于光伏发电,把这个负荷给吃掉了,这个低谷比半夜的低谷还要低。整个特性发生比较大的变化,我们日常的调度曲线是按照负荷的曲线来配置的,整体负荷变化之后,调度又是一个新的挑战。

这是一些典型的风电新能源大规模增长之后对电网调度运行造成的一些影响,风电风调峰特征明显,晚高峰限电风险增大。全时段存在消纳紧张局面。

下一个问题就是分布式电源接入在微观层面,在我们配电网,分布式光伏主要是在350以下,到了380或者220接入的时候,会导致末端电压升高,除了有人身伤害的风险,还有设备损坏的风险,包括烧电器,导致逆变器停止工作。

第三部分,针对以上的一些趋势和存在的问题,我们怎么去应对?我讲两部分,第一部分说一下我们之前在这方面所做的一些工作,第二部分说一下下一步咱们整个行业,或者我们这个领域怎么去应对它。

首先我们近几年针对新能源,大家对新能源的认识也是在转变,新能源要高效利用和消纳。以前我们都是拍脑袋的,现在有些软件的支持,比如常规工作,对它进行计算,提前做一些调度,来促进整体的消纳能力。第二,针对分布式电源的接入,我们也做了大量的计算和分析。分布式电源不像咱们集中式的,有一个统一的建模和计算。分布式的更侧重于独立性的计算和调整。第三,做了一些管理的制度和规范,对我们预测系统的建立和高效的利用做一个促进。新能源预测是消纳一个很重要的方面,测的准了,就知道它的开机和负荷,所以新能源的预测是一个消纳很重要的因素。第四个就是严格管理,新能源是一个新生事物,就像小孩一样,对他需要严格要求。要没有严格要求的话,它自己疯长,不知道长成什么样。技术指标如果定好了,我们要严格执行。第五,新能源的综合数据管理问题,新能源很多数据需要进行综合利用。以前监测数据和台账数据都是分离的,我们把监测的台账和故障分析做在一起,这样的话,便于我们整体的管理和控制。第六,也做了一些相关的研究,包括风火的协调运行,包括协同机制的研究。

下一部分介绍一下关于提升新能源消纳能力的一些措施,七个方面。首先说一下第一个,在输送方面,输送通道的建设,这七个方面,不限于山西省,包括全国,这是整个行业的一个思路。输送通道建设,山西包括中国能源都是不平衡的,从全国来说,西部的资源比较丰富,东部是一个负荷中心,从山西来看,北部是资源富集,南部是负荷中心,都存在大的情况。输送通道的能力是新能源电力配置一个重要的手段,这是中国特色。在欧洲和美国他们在这方面要求可能不是很强烈。

第二个就是火电的灵活性改造,前面说的问题,我们调度运行的时候,因为新能源它的一些特性,还很难能够作为一个可靠的电源。火电需要给它做一个后备,我们山西在全国比较领先,做了火电机组的灵活性改造,可以更大程度释放火电机组的调峰能力。

第三个就是提升负荷侧的调峰能力,对新能源的要求会有所降低。包括从政策上,电价包括用电模式都可以采取一些措施。

第四就是大规模储能的应用,未来新能源和储能的结合,在我看来应该是一个重要的手段,或者是一个必然的趋势。新能源本身的特点就是不可靠,我们系统是需要可靠的电源,谁来可靠起来?就是储能,储能和新能源的结合,未来是一个比较确定的方向,这里面涉及到技术问题还有政策问题。另外消纳问题,不用等着电网给它做调度,它可以自己内部消纳和转移。

第五是优化跨区互济,互济是调度上一个比较专业的词,原来消纳都是以省或者以一个区域为单位的,我们应该跨区跨省,甚至全国范围的消纳。可以通过这些联络的线路进行新能源大范围的转移,但是这里面需要一些相关配套的制度,比如现货交易,体制上的变化。

第六是政府部门加大协调。为什么新能源会有不充分或者发展不平衡的情况?更多的是在电网企业和政府沟通的时候,大家没有按照一盘棋去考虑。基本上哪有资源往哪建,还是要做一些取舍,资源相对不错,为了给它配套,要做电网投资或者其他投资,这是需要政府协调考虑的。这是六个方面,每个方面不是我的独创,但是我觉得总结了一下在运行中主要面临的一些问题。

重点说一下第七个,新能源当“自强”。新能源如果想成为一个主力,可以看到现在从山西角度来看,新能源已经变成不能忽视,地位越来越高,这是不争的事实。按照统计来看,刚才我说到2020年底,山西的新能源要达到四千万,四千万什么概念?按照山西省电源自己能调度的火电机组来算,占到50%左右。山西能发的电里面有50%都是新能源发的,按装机来算,如果按照实际某一天运行的负荷来讲,可能它的实际负荷,新能源能占到百分之七八十,这是非常可观的。未来新能源的发展必定会走向主力化的路径,它想沉淀主力,前提是他自身必须完善,打铁需自身强,新能源当“自强”。现在的思路,前面六个都是别人给它解决问题,给它配火电机组备用,给它互济,这都是被动的解决,或者换个思路来说,一百年以前,我们火电机组还很弱,一百年以后,电网这么坚强,很少碰到很长时间停电的情况。新能源就是当年的火电,现在新能源是不稳定、不可靠,经过几十年不停的自我升级和发展,新能源也会变成一个稳定可靠的电源。这才是新能源发展必然的趋势,新能源要“自强”,要把自己的能力和指标做一个大幅度提升。

说到指标,这里面简单列了一些,包括高低穿、调峰、调频、调压等等。新能源本身就是一个新技术,能力需要提升。我们对新能源的要求要提高,对要求提高不是针对它进行一个限制,而是要对它的长远发展提出一个比较高的要求,这是一个态度。

简单说,新能源发展需要“自强”,需要不断进行自我完善和提升。新能源主力化、高比例发展,这是新能源未来发展的根本出路和必然趋势。今天我的汇报就到这里,谢谢大家。

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