近年来,风电装机增长迅猛与弃风消纳难题待解共同构成了中国风电行业的两极。严重超出消纳能力的风电“挤着”上网,给电网安全稳定运行带来重重压力。作为在消纳过程中的关键一环,国家电网在加快新能源并网输送通道和抽水蓄能电站建设、推进“两个替代”、扩大新能源市场等方面,积极布局施策,全力消纳风电。
中国风电,像风一样快。
早在2012年我国便摘得风电装机容量世界第一的桂冠,2011~2016年,新增风电装机均领跑全球。
然而这句媒体对中国风电装机的评价却并不适用于整个风电行业的发展。我国面临着越发严重的弃风消纳难题,“边建边弃”的怪圈连续多年始终存在。全国弃风率从2014年的8%,上升到2015年的15%,到2016年部分地区甚至超过40%。
是什么正掣肘着在能源转型发展大趋势下本应火热的“风光”?一边是严重超出消纳能力的风电“挤着”上网,一边是电网安全稳定运行压力重重,作为在消纳过程中不可或缺的关键一环,国家电网全力求解“捕风”之道。
举措一:加快输电通道建设
加快建设新能源并网工程和跨区跨省输电通道,打造清洁能源大范围优化配置的坚强平台,满足新能源集中大规模开发和全国消纳需求,是解决弃风弃光问题的治本之策
如果将电力消纳市场比做一个水桶,那么由于经济增速放缓、电力增速减慢等原因,如今水桶近满,而新能源等各类电源还在不断地注水。如何将溢出的水通过合理配置送到需要的地方,就成为解决问题的关键。破解我国风资源集中、规模大、远离负荷中心、就地消纳市场有限的困境,同样是这个道理。
国家电网公司《关于促进新能源消纳的报告》中透露,截至2016年年底,“三北”地区新能源装机合计1.63亿千瓦,但电力外送能力只有3700万千瓦,而且还要承担煤电基地外送任务,远远不能满足送出需要。
加快建设新能源并网工程和跨区跨省输电通道,让风电及时并网、顺畅送出、高效消纳,是解决弃风问题的治本之策。
一方面,面对风电项目“井喷式”地上马,国家电网公司加快建设配套工程,持续完善并网服务。“十二五”至今,国家电网调度范围内累计新增风电等新能源并网项目5000余个,保证了国家和各级地方政府核准的风电项目全部及时并网发电。
另一方面,基于我国资源与负荷中心逆向分布的现实带来的本地消纳空间不足,以及规划不同步造成的外送瓶颈,国家电网千亿投资跨省跨区输电,先后建成吉林、甘肃、青海、蒙东、新疆等地区新能源基地并网送出配套工程。2016年,国家电网公司750千伏及以下新能源并网及输送工程总投资91亿元,建成新能源并网及送出线路5049千米,为风电大规模开发和高效利用提供坚强支撑。
消纳成效如何?数据说话。
截至2016年年底,国家电网经营区域新能源并网装机突破2亿千瓦,2016年全年,消纳清洁能源达11893亿千瓦时。国家电网调度范围内,16个省区的新能源成为第二大电源。
万亿电量中,特高压等跨区跨省输送通道发挥了至关重要的作用。仅2016年1~10月,通过特高压交易清洁能源电量就超过1000亿千瓦时,占特高压交易总量的七成多。
在2016年弃风率最高的甘肃,酒泉风电基地装机规模已超过1300万千瓦,亟待特高压发挥外送作用。国家能源局《关于支持甘肃省创建新能源综合示范区的复函》中明确要求,确保酒泉—湖南特高压直流工程年输送新能源电量占比40%以上。根据规划,该工程年送电可达420亿千瓦时,40%则意味着工程年输送新能源发电超168亿千瓦时。这个可期的数字与2016年前10个月甘肃风电光伏发电量基本持平,会让酒泉陆上“三峡”、世界风库的美誉更加名副其实。
除酒湖特高压外,截至2016年12月,包括“四交四直”特高压工程在内的国家电网纳入大气污染防治11条重点输电通道已全部获得核准。其中,投运不久的蒙西—天津南交流以及在建的锡盟—北京、上海庙—山东直流工程都瞄准了蒙西新能源送出,三条输电高速路旨在将蒙西风电等新能源源源不断送往华北、华东负荷中心。
2016年年底《电力发展“十三五”规划》和《风电发展“十三五”规划》发布,明确了“十三五”风电发展的总量目标,即到2020年全国风电装机达到2.1亿千瓦以上,并提出大力发展新能源,要优化调整开发布局,依托电力外送通道,有序推进“三北”地区可再生能源跨省区消纳4000万千瓦。
这11项工程的建设,对位于起点的内蒙古、陕西、山西等能源基地来说,将促进能源基地集约化开发,扩大风电、光伏发电等清洁能源消纳范围,加快当地资源优势向经济优势转化;对落点的京津冀鲁、长三角等地区,则对满足负荷中心的清洁用电需求、助力经济社会发展具有重要意义,让“无限风光”更多地并得上、发得出、能消纳。
举措二:提升电网平衡调节能力
加快建设抽水蓄能电站,提升系统调峰能力,持续完善调度支持系统,优化系统运行方式,发挥交易平台作用,扩大跨省跨区交易规模,是实现新能源高效消纳的重要保障
2016年12月8日,辽宁清原、北京句容、福建厦门、新疆阜康抽水蓄能电站开工。对于已进入供暖季的北方地区,四座电站的开工显得尤为重要。
来自国家电力调度中心的数据显示,2016年,国家电网经营区63%的弃风电量发生在供暖期,低谷弃风电量又占总弃风量的80%。这主要是由于“三北”地区大风期与供暖期重叠,而“三北”地区电源结构单一,抽水蓄能等灵活调节电源比重低,供热机组不能深度调峰,保供热和新能源消纳矛盾突出。比如东北地区就出现了供热期火电最小技术出力超过最小用电负荷的情况,完全没有消纳风电的空间。
作为目前最具经济性的大规模储能设施,抽水蓄能电站就像清洁能源的“蓄水池”,在增强系统运行灵活性、保障电网安全的同时,为提高电网消纳能力提供了重要支撑。
近年来,抽水蓄能电站的建设步伐加快,截至2016年年底,累计建成21座抽水蓄能电站,装机容量达到1918万千瓦。其中“三北”地区建成投运7座抽水蓄能电站,装机容量达577万千瓦;开工建设陕西镇安等5座抽水蓄能电站,合计装机容量715万千瓦,西北地区将结束无抽水蓄能电站历史。
在运抽水蓄能电站在上一个供暖季已充分彰显了价值。2015年,辽宁蒲石河、吉林白山和北京十三陵抽水蓄能电站负荷低谷抽水启动分别为1268、546、980次,累计消纳风电电量达33.5亿千瓦时。2016年,抽水蓄能电站平均综合利用小时数3185小时,同比增长78%,为有史以来最高,增加消纳新能源电量103亿千瓦时。
未来,抽水蓄能电站建设力度还将加大。国家能源局部署推进能源领域供给侧结构性改革,确定化解消纳存量、优化系统调度运行、发展抽水蓄能等调峰电源作为解决弃风弃光问题的重要举措。《电力发展“十三五”规划》中,指标更加明确:“十三五”期间建成1700万千瓦、开工建设6000万千瓦抽水蓄能电站。2.1亿千瓦的风电总装机容量目标,必然要求系统调节能力和保障手段的同步增强。加快建设抽水蓄能电站的战略意义和全局影响将更加凸显。
如果说建设外送通道和抽水蓄能电站是解决弃风问题的长久之计,那么优化系统运行方式和扩大跨省跨区交易规模则是更为直接和高效的良策,也充分体现了电网调度侧的精准和公平。
为提高新能源预测预报和调度水平,国家电网公司全面部署风功率预测系统,建成世界上规模最大、信息最全的风电运行实时调度监测网络。至2015年年底,27个省级调度机构就已全部部署风功率预测系统,实时调度监测网络实现国家电网调度范围内风电场全覆盖。
更直接的举措是实施“两个替代”、大用户直购电、新能源企业与自备电厂发电权置换等措施,努力拓展新能源消纳市场。2016年,电采暖、港口岸电等4.1万个电能替代重点项目的实施共完成替代电量1030亿千瓦时。同时,公司推进风电供暖,投资超8000万元,为吉林洮南等8个风电供热站建设配套电网,优先安排参与供暖的风电场发电。仅新疆达坂城风电清洁供暖示范项目每年就能消纳风电1.2亿千瓦时,与原有供暖设施相比,可减少标煤消耗4万吨。
此外,依托大电网、大市场,国家电网公司发挥交易市场平台作用,打破省间壁垒,鼓励新能源企业积极参与外送,支持西部北部风电等清洁能源通过集中交易、双边交易等市场化交易方式实现跨区跨省消纳。2016年全年,北京电力交易中心开展各类交易1200余次,完成包括新能源在内的市场化交易电量7907亿千瓦时,同比增长59%。
举措三:以技术创新提升电网接纳能力
持续加强新能源技术研发创新,提高各级电网智能化水平,增强新能源发电的可控性,是加快新能源发展的重要推动力
都说新能源大规模并网消纳难。难在哪里?
预测难、控制难、调度难。中国电科院新能源所专家表示,必须在风电并网运行的核心技术上攻克难关,在有效提高新能源接纳能力的同时,确保电网运行的稳定性。
围绕建设坚强智能电网,从技术研发到工程示范再到标准规范,国家电网公司持续在创新上用力。“十二五”以来,已累计投入超20亿元开展课题研发,研究领域覆盖新能源发电装备、新能源并网仿真及规划、大容量储能等,多项关键技术取得突破。如采用先进控制手段优化风电场有功出力,解决风机低电压穿越、新能源集群控制等重大技术问题;研究高压大容量柔直关键技术,缓解风电基地高比例可再生能源高效接纳和外送问题;发展储能技术,推进虚拟同步机研究,促进新能源并网消纳。
值得一提的是,2016年12月,国家风光储输示范工程荣获中国工业大奖。该工程是目前世界最大的集风电、光伏、储能装置和智能输电“四位一体”的新能源综合性示范工程,让风电、光伏发电与储能发电搭配成像火电一样稳定可靠的电源,实现大规模并入电网。
国网冀北电力风光储公司负责人介绍说,工程储能技术的创新,削弱了风光出力的“毛刺”,解决了“安全”这一电网运行最核心的问题。目前,示范工程已累计输电超过28亿千瓦时,创新成果应用于美国及我国宁夏、青海多个新能源联合发电示范工程,让大规模新能源精益化运行拥有强有力的技术支撑。
为了让风电场与电网在相同的语言体系内协调发展,截至2016年年底,国家电网公司累计发布新能源相关技术国际标准1项、国标19项、行标40项、企标40项。
针对弃风弃光问题,曾有业内人士表示,如果在新能源迅猛发展的“十二五”之初,国家有关部门就能意识到新能源电源和电网工程协调发展的重要性,超前核准一批“三北”地区电力外送通道项目,那么,弃风、弃光也许不会像现在这么严重。
这样的“也许”并不能改变现状,其意义更在于反思和探究未来。
《电力发展“十三五”规划》和《风电发展“十三五”规划》都在解决弃风问题上布局落子——首先在可再生能源的布局上要进行优化,弃风弃光的地区要适当放缓规模和节奏;其次坚持集中建设与分散建设并举的原则,以就近消纳为主;最后全面提升系统的灵活性,提高电力系统的调峰能力。
令人欣慰的是,以国家电网公司为代表的能源企业已经在这样的路径上开始实践。“力争2017~2018年,弃风弃光矛盾得到有效缓解,到2020年,根本解决新能源消纳问题,弃风弃光率控制在5%以内。”这正是国家电网公司立足电网本职提出的方向和目标。