浅议电网新能源问题

2018-02-17袁济宇

机电信息 2018年36期

袁济宇

（江苏海门实验学校，江苏南通226100）

0 引言

电力作为清洁、优质的新能源，是支撑国民经济发展的重要基础。快速增长的发电量为经济发展提供了能源基础保障，但同时也消耗了大量的煤炭等自然资源，并直接导致了能源紧缺、环境污染等全球性问题。为有效解决此问题，世界各国都在积极探索利用可再生的新能源来取代煤炭、石油等不可再生能源，在此背景下，以光伏、风电、潮汐等为代表的新能源在实践领域逐渐得到了越来越广泛的应用。

我国新能源分布以西部为主，东北分散，其中，风能和太阳能储量非常丰富，陆地50 m高度3级以上风能资源开发潜力约23.8亿kW，总太阳能储量大约为1.47×1 080亿kW·h/年。根据国家能源局发布的统计数据，“十二五”期间，我国新能源发展迅速，具有大规模集中开发、远距离输送的特点。预计“十三五”期间，可再生能源总的投资规模将达到2.5万亿元，届时可再生能源年利用量相当于减少二氧化碳排放约14亿t、二氧化硫排放约1 000万t、氮氧化物排放约430万t、烟尘排放约580万t，年节约用水约38亿m3，带动就业人口将超过1 300万人，这对替代化石能源消费、减少温室气体和污染物排放以及保护环境等具有积极的现实意义。

1 国内外新能源发展研究

1.1 新能源发展趋势

为了应对资源短缺和环境恶化带来的挑战，欧美发达国家在20世纪70年代，就开始对风电和太阳能等新能源发电进行研究。特别是进入21世纪后，随着信息科技的发展进步，新能源发电技术越来越成熟和先进，风电场建设也开始从小型化向规模化转变，风电场接入系统的电压等级也逐渐从配电网向高压输电网发展。世界上约有100个国家制定了可再生能源目标，大部分都提出了在未来10～20年内使新能源发展总量达到电力生产总量的10%～30%的目标。世界风能协会（WWEA）发布的资料显示，2017年全球新增陆上和海上风机安装量达到52.552 GW，同比增长2.24%，截至今年年底累计达539.291 GW。中国的风电累计装机容量位居首位，其次是美国、德国等，南美、南非、中亚、中东等新兴经济体也都在大规模开发绿色能源发电项目。最近十年来，我国对于新能源的开发与利用越来越重视，新能源产业进入快速发展的阶段，投资量持续增长，技术创新力度不断加强。2016年12月，国家发布了《可再生能源发展“十三五”规划》，为我国新能源发电事业指明了方向和道路。风电和太阳能发电是新能源中发展最快的两种电能形式，现在在我国能源战略中的地位越来越高。

1.2 新能源产业发展状况

欧美等发达地区的新能源发展问题研究成果，相较于国内更为成熟，理论分析的思路与框架更加合理与完整，从而表现出较高的前瞻性和先进性，更多地从市场出发来分析问题。在理论研究和现实决策方面能为我国新能源产业发展问题提供借鉴与参考。

我国新能源产业发展方面，近年来也取得了长足的进步。鉴于新能源产业面临壁垒过大等问题，我国目前采取的是政府引导新能源产业发展的策略，以解决单纯民营资本发展新能源产业的弊端，因而理论研究大多是从国家层面出发的，研究重点是新能源产业发展历程、与国外新能源产业发展的比较等方面。

例如，熊良琼、吴刚（2009）在借鉴国外成功经验的基础上，给出了新能源产业政策制定与完善的建议。陈迪桂、韩明杰（2010）采用SWOT分析方法，从政策环境、技术研发、品牌建立、区域交流合作等方面，分析了山东省新能源产业发展状况，并提出了推动山东省新能源产业发展的相关建议。刘秀莲（2011）对欧盟可再生能源战略发展目标进行了介绍，分析了国家可再生能源产业政策及其实施效果，认为新能源产业政策、融资政策和财税政策等还不够健全和完善。陈爱学（2014）认为政府要通过提供合适的政策环境来促进新能源企业的发展。

1.3 新能源接入电网技术

国外风电和太阳能发电以分布式为主，但集中式在新能源发电结构中所占的比例越来越大，这也使得电网安全运行的不确定性问题变得越来越突出。大型风电、光伏电站基本上是在电网末端，因为其网络结构薄弱，不具备较强的抗干扰能力，加上需进行大容量、长距离输送，所以需解决无功和电压稳定性、送受端旋转备用容量确定等问题，这样才能保障安全、可靠和高效运行。

我国对新能源接入电网的问题，研究已有15年之久，理论成果主要集中在如下几个方面：一是在研究随机发电能力和控制发电能力的前提下，通过优化规划技术，来实现新能源随机利用；二是在经济安全的前提下，研究正常运行中最大限度地利用随机新能源分析理论和调度技术；三是研究电网在扰动后安全稳定运行的理论方法和技术手段。

不少研究成果已应用于新能源发电领域，确保了新疆、甘肃、东北、内蒙古等地区的大容量新能源发电有效运行。

2 电网新能源的建议与思考

2.1 加强规划建设与政策支持力度

我国人口数量大，电力能源需求大，在绿色、环保发展重压下，未来新能源利用将是主要的途径。能否快速推进新能源的开发和利用，最重要的是政府的政策支持是否到位。各级政府、电力企业要加强沟通、协调，根据当地实际情况进行科学规划，确保上下级规划完善和有效衔接，以及各专项规划、能源规划的协调统一；加强风能等资源开发利用规划管理，对新能源建设时序进行优化，使电网、电源、负荷能达到相互匹配。电网在建设过程中要以特高压为骨架结构，实现各级电网共同发展，从而建设统一而坚强的智能电网网络，为新能源发电建立起坚实的基础平台。

要积极促进新能源的整体规划布局，积极推进不同地区之间新能源的规划过程。主动促进新能源列入电力工业的长期发展规划，统筹新能源和电网之间的统筹规划，合理安排新能源建设顺序，避免新能源和电网发生不相容等问题。要根据不同的能源结构和环境资源的不同，利用政策工具来开发利用新能源。

政府要因地制宜，积极发展高载能负荷产业链，以解决光伏、风力发电的消纳和使用。随着电网从由少数大型发电站主导的集中式发电，逐渐转向大量相对较少的不兼容的设备主导的分布式发电，还要大力发展电力的储能技术。要创新用电方式，使新能源直接接入家用直流电网，以提高新能源的利用效率。

2.2 提升新能源调峰能力

当前我国大部分风力发电集中地区，都是采用火力发电参与大规模风电接入电网的调峰工作，但实际效果不是很理想，供电企业应根据这种情况，通过优化煤电发电电源结构、拓展火力发电对风力发电的调峰范围等，来增强火力发电对大规模风电接入电网的调峰能力。同时，还要加强发展和建设多元化蓄能及调峰手段，除抽水蓄能外，还要积极探索飞轮储能、氢气储能和高性能电池储能等新型储能技术的应用。由于受到技术能力的制约，目前新型储能技术还无法大规模用于解决新能源发电的能量存储，可考虑利用水电快速和廉价的调峰能力，解决新能源能量的间歇性和不稳定性问题。

要建立统一的调峰机制，电力调度计划目前已做到透明和公开，新能源发电机组参与新能源发电的调峰，也需要通过统一政策、机制进行确定。利用风、光电站短期的能源预测，参与电力市场主要峰值的调整。利用风能、光能的超短期能源预测，参与短期市场的协调交易，最终达到电力市场平衡。我国目前的电力交易机制和付费辅助服务机制，还有待进一步健全，所以必须建立统一的有偿辅助服务市场，构建跨区调整峰值和频率的电力供需系统，以最大程度利用跨省跨区调峰调频资源。

2.3 完善和创新新能源发电设备与技术

设备与技术是新能源发电和接入电网的基础保障和重要条件，电力企业要及时添置质量可靠、数量达标的设备，以更好地满足大规模新能源发电接入电网的需求，使新能源接入电网后，能平稳、可靠地运行。要进一步加强风电场等新能源运行评价指标体系建设，使指标体系能全面反映风电自然特性，与负荷达到完好匹配，并能与其他能源协调，最终实现并网安全、发电可靠等目标。

除了设备与技术创新外，还要采用如下方法推进新能源的开发利用：一是大用户直供法，新能源的接入会影响传统电网的电能质量、运行稳定性等，为更好地降低新能源接入对电网的影响，可以采用大用户直供法来实现新能源消纳；二是充分运用风光互补特性，根据不同新能源的时间特性和季节特性，灵活进行互补利用，以促进风、光等新能源得到更加深度的开发与应用；三是自发自用、就地消纳，如果当地的外送电力通道还不健全和完善，就要尽可能地直接对新能源电力进行就地消纳，将传统电网作为备用和补充，只在新能源发电量不足时进行应用，这样就可以减少额外建设电力输送装置的投资，缩减投资成本。