如何解决弃风弃光难题？新研究提出电网消纳新能源能力最大的方法

国网青海省电力公司经济技术研究院的研究人员刘飞、陶昕、张祥成、李楠、马雪，在2019年第6期《电气技术》杂志上撰文指出（论文标题为“基于电网消纳能力的新能源发展策略研究”），随着新能源大规模开发，新能源消纳问题逐渐突出。在保证太阳能及风电可靠并网发电、电网能够维持安全稳定运行的前提下，不同的网架强弱程度、不同的电源构成以及不同的负荷水平，电网消纳新能源发电的能力也将有所不同。

本文来源：电气技术 微公众信号 ID：dianqijishu

为了综合协调电网电源资源，合理安排新能源的发展规模和建设时序，保障新能源发电的科学发展和有效利用，本文基于电网光伏风电消纳能力，并根据风电发电特性、光伏发电特性及风光互补特性，提出一种探索电网新能源消纳能力最大的方法，为后续新能源并网提出指导性意见，避免大量的弃风弃光现象发生。

随着世界经济的快速增长，人类对能源的需求越来越大。现有的能源结构中，煤炭、石油等化石能源占有很大比重，但化石能源作为不可再生能源其储量有限，而且其燃烧和利用过程还会污染环境并排放温室气体。能源危机和环境污染是全人类面临的共同问题。

在有限的资源利用和严格的环境保护的双重制约下实现人类的可持续发展，立足于科技进步，调整和优化能源结构，大规模开发利用清洁可再生能源已成为全球共识。但随着新能源大规模开发，我国局部地区消纳矛盾逐渐凸显，出现了弃风、弃光问题，引起社会各界的关注。

青海省依托丰富的太阳能风能资源等大力发展光伏风电产业，初步形成了较为完整的光伏风电产业链，根据青海省电网发展规划，2020年累积并网光伏风电容量将分别达到1400万kW和760万kW。目前，青海全省光伏风电主要集中在海南、海西地区，截至2016年底，电源总装机容量为2302万kW，其中光伏发电并网容量达682万kW，风电并网容量达68万kW。

由于新能源发电出力具有波动性、随机性和间歇性，大规模的新能源发电接入电网后，会对电网的调峰、无功电压和暂态稳定性都带来一定的影响。同时，由于新能源（风电和光伏发电）发电出力的不确定性、反调峰性，大规模新能源并网后要求电力系统留有更多的备用电源和调峰电源。

本文基于光伏风电消纳能力，分析不同负荷水平及不同外送曲线对光伏风电消纳能力的影响，并根据风电发电特性、光伏发电特性及风光互补特性，提出基于新能源消纳能力的优先发展光伏、优先发展风电及寻找风光最优配比的风电光伏发展策略，指出一种探索电网新能源消纳能力最大的方法，并结合青海电网新能源发展策略进行分析和计算。

1 研究基础

1.1 光伏风电出力特性

光伏出力较大时段主要集中在11:00—16:00，典型日出力曲线如图1所示。若优先发展光伏，光伏开发超过一定规模时，将加重电网中午时段弃电现象。、

风电出力具有一定间歇性、随机性，呈现夜间出力大，白天出力小的特点，典型日出力曲线如图2所示。若优先发展风电，风电开发超过一定规模时，将加重电网夜间小负荷时段的弃电现象。


光伏与风电之间具有一定的互补性，风光出力叠加后最大出力系数及日最大峰谷差较光伏有所下降，平滑了新能源出力的波动性，降低对负荷的负效应，因此，需充分发挥光伏风电互补特性，寻找风光最优配比，达到消纳新能源规模最大的目标。风光互补后出力曲线如图3所示。


1.2 水电优化调度曲线

新能源规模较大省份，为配合新能源运行，在光伏电站发电出力较大的时段11:00—16:00，水电站降低出力为光伏调峰运行，其余时间水电大发以平衡负荷。水电优化调度曲线如图4所示。


1.3 电力电量需求及负荷特性分析

青海电网某连续三年全社会用电量分别为675亿kW•h、711亿kW•h、779亿kW•h，年均增长率5.0%；全社会最大用电负荷分别为8800MW、10016MW、10966MW，年均增长率6.4%。青海电网年负荷特性曲线及日负荷特性曲线分析结果如图5、图6所示。


2 基于时序生产运行仿真的新能源消纳能力计算模型（略）

3 基于新能源消纳能力的光伏风电并网优化策略研究

3.1 研究思路

本文研究思路如图7所示。首先根据新能源规划开发规模及布局，分析新能源消纳情况。若新能源弃电率不满足要求，基于生产模拟运行仿真，研究优先发展风电、优先发展光伏及寻找风光最优配比三种发展策略下新能源消纳能力，并基于新能源消纳能力最大推荐逐年新能源并网规模优化方案，最后进行网架适应性校核。

3.2 青海电网规划新能源消纳情况分析

根据规划新能源发展策略，青海电网连续3年新能源弃电率/弃电量分别为12.42%/18.2亿kW•h、18.48%/42.88亿kW•h、16.96%/50.53亿kW•h。不满足新能源弃电率不超过7%要求，因此，为保证新能源有序发展、有效接纳，需开拓省外受电市场或优化新能源开发方案。


3.3 不同负荷水平对青海电网新能源消纳情况影响分析

考虑负荷水平较规划水平降低了5%，导致新能源消纳情况更加严峻，此时青海电网新能源弃电率/弃电量分别为17.35%/25.4亿kW•h、28.1%/65.1亿kW•h、23.1%/68.7亿kW•h。

3.4 不同外送曲线对青海电网新能源消纳情况影响分析

若考虑将新安排新能源全部消纳，需开拓省外受电市场。第一年外送电量方案已确定，此时青海电网新能源弃电率/量为12.42%/18.2亿kW•h；第二年为将新能源弃电率控制在7%，建议外送电量增加至76亿kW•h，此时新能源弃电率/量为7.02%/16.28亿kW•h；第三年为将新能源弃电率控制在7%，建议外送电量增加至67亿kW•h，此时新能源弃电率/量为7.04%/20.98亿kW•h，全省最大外送电力约890万kW。


3.5 基于新能源消纳能力的光伏风电并网优化策略研究

基于2.1节提出的光伏、风电及风光互补特性，同时为将新能源弃电率限制在7%以内，提出了优先发展风电、优先发展光伏及风光最优配比原则对新能源并网方案进行优化。

方案一：优先发展风电。第一年无新增装机；第二年可消纳风电140万kW；第三年可消纳风电共424万kW，此外可消纳光伏70万kW。


方案二：优先发展光伏。第一年无新增装机；第二年可消纳光伏135万kW；第三年可消纳光伏共245万kW，剩余33万光伏无法消纳。


方案三：寻找风光最优配比。通过青海电网生产模拟运行仿真研究，在保持风光总装机不变的前提下，逐渐降低风电装机、增加同等量的光伏装机，当第二年、第三年全省风光比例分别为1:3.7、1:1.3时，此时新能源弃电率最小。即该风光配比方案下，新能源消纳能力最大。

因此，建议第一年不新增新能源装机；第二年可消纳新增风电120万kW、光伏30万kW；第三年可消纳风电共444万kW，此外可消纳光伏40万kW。

综合以上三种新能源发展策略，可探索出电网新能源消纳能力最大的方案，即寻找风光最优配比方案。

结论

1）电网不同负荷水平或外送曲线直接影响电网新能源消纳能力。

2）基于新能源消纳能力，提出通过寻找风光最优配比，可探索出电网新能源消纳能力最大的风光发展策略，为后续全国新能源并网规模及配比方案提出指导性意见及思路，避免大量的弃风弃光现象发生。