黑龙江电网风电消纳能力影响因素及提高措施研究

赵 君

(国网黑龙江省电力有限公司，黑龙江 哈尔滨 150030)



黑龙江电网风电消纳能力影响因素及提高措施研究

赵 君

(国网黑龙江省电力有限公司，黑龙江 哈尔滨 150030)

风电消纳问题不仅是黑龙江省电网面临的主要问题，是我国乃至世界性的难题。文中从多个角度分析影响黑龙江省电网风电消纳能力的主要因素，并总结了国内外提高风电消纳能力的有效措施，以期对黑龙江省风电的健康发展有所借鉴。

电网；风电；消纳能力；调峰；措施

黑龙江省是我国风力发电发展比较早的省份之一。目前全省已开发风电场主要集中在黑龙江省东部以及西部靠近内蒙古一带，截止2014年末，黑龙江省风电装机容量已达到463.6万kW，达到最大负荷的45.1%，占总装机容量的18.52%。随着风电在电源结构中的比例不断增大，弃风现象不断出现并将日益加剧，风电利用小时数也逐年降低，风电消纳已成为制约黑龙江省风电健康发展的关键问题[1]。

1 影响风电消纳的主要因素

近几年，黑龙江省风电在国家政策的鼓励下得到了迅猛发展。然而快速发展的同时，由于受到负荷、外送通道、冬季供热调峰及配电网网架结构等诸多因素的限制，风电消纳问题尤为突出。

a.负荷因素

对于风电消纳，用电负荷是最直接的影响因素，理想条件下，如果用电负荷足够大，则既能够全额消纳风电，又能够保证火电等其他发电形式的利用小时数。但我国风电的开发建设主要集中在东北、西北等经济欠发达地区，这种地区用电负荷增长缓慢，电源装机远远大于用电负荷需求。所以用电负荷成为制约风电消纳的最大瓶颈[2]。

截止2014年末，黑龙江省网电源总装机容量为2 503.3万kW，其中火电装机容量为1 940.8万kW，占比77.53%；水电装机容量为97.8万kW，占比3.91%；风电装机容量为463.7万kW，占比18.52%。而2014年全省最大负荷为1 027.9万kW，电源总装机是最大负荷的2.44倍。可见电力供大于求形势明显，电力将出现严重过剩，近年风电快速发展更加重了黑龙江省电力过剩的程度。因为用电负荷需求相对固定，电源装机规模越大，则电源利用小时数越低，“十二五”期间黑龙江省电源发展速度大于用电负荷增长速度，所以黑龙江省电源年利用小时数呈逐年降低趋势，这种形式下就会出现各种发电形式互相抢占相对固定的市场空间，从而大大限制了黑龙江省风电的消纳。

b.外送通道因素

当本地用电负荷有限，风电消纳能力不足的情况下，为了减少风电弃风现象，可以通过电力外送实现多区域间联合消纳[3]。

黑龙江电网地处东北电网的最北部，通过四回500 kV线路与吉林电网相连，通过500 kV伊冯甲、乙线与蒙东电网相连，通过中俄500 kV阿黑线和黑河换流站与俄罗斯电网互联。由于吉林、辽宁同样存在风电消纳问题，而且辽宁电网南送电量有限，所以根据黑龙江电网目前的外送通道情况来看，很难通过电力外送至吉林电网、辽宁电网实现东北三省多区域联合消纳。

2014年黑龙江电网送东北主网电量164.9亿kWh，受东北主网电量118.3亿kWh，净送东北主网电量46.6亿kWh。外送电力远远不能够满足黑龙江电网风电消纳的需求。

c.调峰因素

风资源的随机性导致风电出力的波动性，为保证电力系统的实时平衡，电网需要留有足够容量的备用机组用于平衡风电的波动，满足风电并网消纳的需要。当系统内风电穿透率较小时，电力调度机构可通过调度火电机组的出力来实现系统实时平衡。但风电并网规模不断增加，局部区域的风电出力可能超过负荷需求[4]。

黑龙江省属于寒冷地区，电源结构中供热机组占较大比例，因此冬季供暖期间，大批供热机组必须持续运行，且供热机组调峰能力明显下降，风电反调峰特性明显，受此影响，黑龙江电网的冬季调峰问题尤为突出，在负荷低谷时段必须限制风电出力，限制了风电的消纳。

d.配电网网架结构因素

由于近几年风电发展迅速，电网改造往往跟不上风电发展的步伐，风电项目建设周期非常短，首台机组的建设周期通常仅为半年，整个风电场全部建成约为1年，而配电网的改造时间根本跟不上风电的开发建设。由于建设的不同步，会导致风电过于集中，而风电场一般处于电网末端，配电网网架结构比较薄弱，所以配电网的输送能力成为风电送出的瓶颈。

黑龙江省风资源丰富的地区主要集中在东部的佳木斯、鹤岗、双鸭山等地以及西部的大庆、齐齐哈尔靠近内蒙古一带。截止2014年底，东部风电装机占全省总装机的71%，西部占22%，所以黑龙江省风电场建设过于集中，导致正常运行方式下，风电大发时，由于输电能力不足导致个别地区出现弃风现象。而在设备或线路N-1运行方式下，弃风现象更加严重。所以配电网网架结构也是限制黑龙江省风电消纳的因素之一。

2 提高风电消纳能力的主要措施

欧美国家风电发展经验表明，实现大规模新能源并网消纳的关键在于提高电力系统的运行灵活性。黑龙江省电源结构以煤电为主，燃气、抽水蓄能等灵活电源比重小，这种电源结构在短期内难以得到实质性改变，只有通过扩大新能源消纳范围，采取适当的弃风管理措施，创新并整合新能源消纳技术措施，才能有效提高消纳能力，减少弃风。

目前国内外对风电消纳这个普遍存在问题的解决办法主要包括以下几个方面。

2.1 制定价格补贴机制

价格补贴机制是从引导负荷用电的角度提高风电消纳能力，主要体现在两个方面，一是企业的用电时间不变，利用价格补贴机制，以就地消纳为主，对使用弃风电量的企业给予用电优惠和补贴，引导用电企业多使用风电[5]。目前此方法在国外较为成熟，由于我国有诸多限制因素，短时间内实施起来有一定难度，但可以作为促进风电消纳的一个研究方向。另一方面是利用价格补贴机制，引导企业的用电时间。风电具有反调峰特性，负荷低谷恰恰是风电大发时期，如制定价格补贴机制，引导企业此时用电，既可以减小用电成本，又能够促进风电消纳，达到双方共赢的目的。

2014年黑龙江省第二产业和居民生活用电占全社会总用电量分别为64%和20%。由于居民生活用电可调节性差，所以可以制定价格补贴机制，正确引导工业生产负荷的用电时间，将会对风电的消纳起到非常重要的作用。

2.2 弃风再利用

国内外很多研究机构都对弃风如何再利用的问题展开了深入研究，总结来看，较为成熟并可行的方案主要如下。

a.弃风电力用于供热

从能量的角度分析，电能是次生能源，是高品质能源，用电能去供热效率低、能质不匹配。所以一般情况下，电能1∶1完全转化为热能并不可取。但当系统中消纳不了的风电发电量用于电热锅炉来产热，则完全具备可行性，这也是风电供热的初衷。

冬季供热期夜间负荷低谷时段，电网调峰裕度小，不得不弃风。如利用弃风电力替代燃煤锅炉进行供热，可以增加系统的用电负荷，提高风电本地消纳能力，本方法是解决负荷低谷时期风电消纳难题的重要途径之一[6]。

目前，弃风电力用于供热项目在技术上不存在瓶颈问题，主要难点在于项目的经济性，其涉及到风电公司、热力站、电网公司、热力公司等多个经营主体，影响因素主要包括热力站投资、弃风电价、供热电价等。国家能源局已经在吉林、内蒙古等地开展了风电供热试点，部分项目已经开始试运行。就目前风电供热项目的实施情况来看，如何在各经营主体间实现利益平衡是亟待解决的问题。

b.弃风电力用于水电解制氢等可中断负荷

可中断负荷作为需求侧管理的一项重要措施，具有响应速度快，能有效调动用户互动积极性。在电力系统实际运行过程中，一方面，由于负荷预测的偏差、风电出力的波动性以及发电机故障等原因，系统会出现短暂的电量缺额，此时电网公司不仅可以购入部分电力容量，而且还可以中断部分负荷来实现电量平衡。另一方面，当负荷低谷时期，风电出力过剩，可以启动部分负荷来消纳这些过剩的风电电量，可中断负荷的加入对于解决短时电力不平衡，尤其对于提高本地的风电消纳能力，起到非常重要的作用。

c.建设特高压输电网进行跨区消纳

风电发展仅仅靠本地的消纳能力是远远不够的，尤其是中国电力资源与负荷中心不匹配的情况，风电基地主要建在“三北”地区，而负荷中心却主要集中在“三华”地区。而目前，各个大区之间的电网联系还比较薄弱，没有形成全国统一的大市场和与之相适应的联网能力。我国“三北”地区的大型风电基地的消纳目标必须着眼于“三华”电网，灵活利用东中部受端地区抽水蓄能资源，平抑风电波动的影响，这样才可以尽可能地在送端利用较好的风能资源，建设风电场，在受端地区多建调峰电源，消纳风电，从而适应未来宏大的风电发展目标。因此，加快跨区电网建设，并通过构建全国电力市场平台，在全国范围内优化配置和调度灵活调节电源，这是解决我国风电消纳问题的核心举措。特高压是解决风电消纳的有效通道，不光可以解决已存在、投产的存量风电消纳问题，还可以同时解决未来新建的增量风电可能遇到的消纳问题。

“十三五”期间，黑龙江电网即将建成特高压外送华北，此条线路的建成实现了黑龙江电网的跨区消纳，将为提高黑龙江电网消纳风电发挥着重要作用。

d.增强电网调峰能力

电网的调峰能力是限制风电发展和消纳的关键因素之一[7]，在风电大量并网条件下，电网必须具备足够的调峰能力，才能平抑风电机组出力波动，保障风电及电网可靠运行。目前增强措施主要有以下几个方面：①大力发展储能技术平抑风电出力的波动；②建设抽水蓄能电站，提高系统调峰能力；③深入挖掘常规能源发电企业的调峰潜力，为风电上网提供更多空间。

基于黑龙江电网目前的情况、负荷水平以及电源结构，提高电网调峰能力最实际的方法就是兼顾经济性的同时，继续深入挖掘常规能源发电的最小出力，尤其是供热机组，由于供热系统具有热时滞性，所以可保证居民供热的同时深入挖掘供热机组的调峰能力。

3 结束语

黑龙江省风电装机总量居全国前列，消纳问题也比较突出，本文对影响消纳的主要因素进行详细分析，并总结了目前比较实用的提高消纳能力的措施。这些措施的实施需要常规发电企业、电网企业、风电公司以及政府相关主管部门的共同努力，涉及到的利益主体众多，在某种程度上存在此消彼长的矛盾性，所以需要平衡好各方利益，才能从根本上解决黑龙江电网风电消纳的问题。

[1] 谢国辉，樊 昊．东北地区风电运行消纳形势及原因分析[J]．中国电力，2014，47(10)：152-155．

[2] 刘德伟，黄越辉，王伟胜，等．考虑调峰和电网输送约束的省级系统风电消纳能力分析[J]．电力系统自动化，2011，35(22)：77-81．

[3] 孙荣富，张 涛，梁 吉．电网接纳风电能力的评估及应用[J]．电力系统自动化，2011，35(4)：70-76．

[4] 于海洋，吕鸣镝，周卫东，等．基于调峰裕度分析的电网风电消纳能力研究[J]．东北电力技术，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，张永兴，等．火力发电机组深度调峰研究[J]．东北电力技术，2014，35(4)：18-23.

[7] 杨冬锋，周苏荃，鲍 锋．风电并网系统低谷时段的调峰能力分析[J]．电网技术，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

赵 君(1964)，男，硕士，高级工程师，从事电力系统分析与运行工作。

2017-01-20)