王瑞琪，馬杰，劉洪正，王昭鑫，韓德順，袁帥，孫樹敏

（1．國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南250002；2．國網(wǎng)山東省電力公司，濟南250001）

山東省新能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

王瑞琪1，馬杰2，劉洪正1，王昭鑫2，韓德順2，袁帥2，孫樹敏1

（1．國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南250002；2．國網(wǎng)山東省電力公司，濟南250001）

大力發(fā)展新能源是山東省轉變發(fā)展方式、調整能源結構、優(yōu)化能源布局、促進節(jié)能減排的重要途徑。從2009年起，山東省新能源發(fā)電步入爆發(fā)式增長階段，電網(wǎng)裝機容量占比逐年攀升。截至2014年底，山東電網(wǎng)風電裝機容量全國排名第五，光伏裝機容量全國排名第十。新能源對山東電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響已不容忽視?！巴怆娙媵敗睉?zhàn)略的大力實施，又對山東電網(wǎng)接納新能源的能力提出了新的挑戰(zhàn)。對山東新能源發(fā)展進行現(xiàn)狀總結與前景展望，系統(tǒng)分析山東新能源面臨的挑戰(zhàn)并給出指導建議。

新能源；發(fā)展現(xiàn)狀；前景分析；風力發(fā)電；光伏發(fā)電；生物質發(fā)電

0 引言

發(fā)展風電、光伏、生物質等新能源是緩解我國資源瓶頸、保證能源可持續(xù)供應以及能源安全的根本出路；是減少環(huán)境污染、改善生態(tài)環(huán)境的重要途徑；是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會的重要物質載體。自2006年國家頒布了《可再生能源法》以來，新能源發(fā)電進入大規(guī)模發(fā)展階段，我國已經(jīng)成為全球風電裝機規(guī)模最大、光伏發(fā)電增長最快的國家。截至2014年底，國家電網(wǎng)調度范圍內并網(wǎng)風電8 790萬kW，并網(wǎng)光伏發(fā)電2 445萬kW，新能源并網(wǎng)裝機容量突破1.2億kW。2014年，新增風電裝機容量1 752萬kW，同比增長25%；新增光伏裝機容量825萬kW，同比增長53%；新增生物質及垃圾發(fā)電裝機容量190萬kW，同比增長26.7%。預計2020年我國能源需求將達到45～49億t標準煤，而受資源儲量、生態(tài)環(huán)境、開發(fā)條件等諸多因素的制約，我國國內常規(guī)化石能源可持續(xù)供應能力僅約36億t標準煤，遠低于未來國內能源潛在需求，特別是我國碳排放居高不下，節(jié)能減排壓力巨大。因此，大力開發(fā)風電、光伏、生物質等可再生能源，是保障我國電力能源可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。

山東省是我國經(jīng)濟大省，也是能源消耗大省。大力發(fā)展新能源是山東省轉變發(fā)展方式、調整能源結構、優(yōu)化能源布局、促進節(jié)能減排的有效途徑。自2005年國家頒布了《可再生能源法》，山東省新能源發(fā)電步入了穩(wěn)步發(fā)展階段；從2009年起，隨著一系列國家鼓勵補貼政策的出臺，山東省新能源發(fā)電步入爆發(fā)式增長階段，電網(wǎng)裝機容量占比逐年攀升，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響已不容忽視。

1 山東省新能源發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 山東省風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

山東省地理位置優(yōu)越，海岸線長度居全國第四，沿海地區(qū)和內陸丘陵地帶風能資源豐富，是全國九大千萬千瓦級風電基地之一，具有較廣闊的開發(fā)前景。據(jù)統(tǒng)計，山東省年有效風能總蘊藏量達570億kWh，可供開發(fā)的有150億kWh。按照2014年國務院《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014—2020年）》，我國重點規(guī)劃建設包括山東在內的九個大型現(xiàn)代風電基地以及配套送出工程。

“十一五”以來，山東風電發(fā)展迅猛，年均增速達到102.9%。近幾年風電裝機容量的年均增速逐漸放緩，但是年新增裝機容量仍然保持在100萬kW以上。2006年至2014年，山東風電裝機容量發(fā)展情況如圖1所示。截至2014年底，山東電網(wǎng)并網(wǎng)運營風電場91座，風電機組4 048臺，裝機容量6 222.05 MW，全國排名第五，風力發(fā)電占電網(wǎng)總裝機容量的9.99%。風電場分布在全省13個地市，主要集中在東部沿海地區(qū)（煙臺、濰坊、威海、東營、青島、濱州、日照），占全省風電的89.06%。根據(jù)山東省風電發(fā)展規(guī)劃，預計“十三五”末，全省風電裝機總容量將達到1 500萬kW。

圖1 山東風電歷年裝機容量

2014年，山東電網(wǎng)風力發(fā)電年累計發(fā)電量為95.30億kWh，同比增長15.95%，年平均利用小時數(shù)為1 687.9，同比下降9.35%。山東電網(wǎng)風電最大出力為4 757.79 MW，占全省總發(fā)電量的最大比例為14.88%。

山東省內大容量風電場（200 MW左右），一般根據(jù)中心升壓站的位置，以220kV電壓等級接入短路容量相對較大的220 kV樞紐變電站；容量在100 MW左右的大型風電場，其電量主要就地平衡和消納，一般直接接入地區(qū)220 kV變電站110 kV母線；由于沿海地區(qū)220 kV、110 kV變電站主變35 kV側變電容量小、阻抗大，35 kV配電網(wǎng)均為末端、輸電能力弱的饋供農村電網(wǎng)，因此，接入35 kV電壓等級的風電場較少。接入不同電壓等級的風電系統(tǒng)容量及占比如表1所示。

表1 接入不同電壓等級的風電裝機容量

2014年，山東省新增裝機的風電機組平均功率達到1 768 kW，與2013年的1 720 kW相比，增長了2.81%；累計裝機的風電機組平均功率為1 503 kW，同比增長了3.8%。2014年，山東省新增風電機組中，1.5 MW和2 MW風電機組占據(jù)市場主體地位，占全國新增裝機容量的87%；累計風電裝機中，1.5 MW的風電機組仍占主導地位，占總裝機容量的61%。

山東省內風電場采用的風力發(fā)電系統(tǒng)類型主要有恒速異步風力發(fā)電機組、變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機組和多極永磁同步風力發(fā)電機組。恒速異步風力發(fā)電機組主要裝備在早期的風電場中，由于需要從電網(wǎng)上吸收無功、輸出功率波動較大、機組容量較小等原因，裝機容量只有547.58 MW，占全省風電裝機總容量的8.8%；雙饋異步風力發(fā)電機組具有可以獨立調節(jié)有功和無功功率輸出、無需無功補償裝置、可以實現(xiàn)最大風能捕獲、變頻器容量小等優(yōu)勢，目前在風電場中應用最為廣泛，裝機容量為4 256.3 MW，占全省風電裝機總容量的68.4%。相比雙饋異步風力發(fā)電機組，永磁同步風力發(fā)電機組省去了齒輪箱，提高了風電轉換效率，降低了運行維護成本，雖然采用了全功率變流器造價較高，但隨著近幾年大功率電力電子器件性價比的提高以及控制策略的發(fā)展，優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，在風電場中裝備的容量增加至1 418.2 MW，占全省風電裝機總容量的22.8%。山東省風力發(fā)電系統(tǒng)類型的裝機容量及占比如表2所示。

表2 不同類型風力發(fā)電機組裝機容量

1.2 山東省光伏發(fā)展現(xiàn)狀

山東省大部分地區(qū)屬于太陽能資源較豐富、利用條件較好的區(qū)域，太陽能年總輻射值相當于731億t標準煤，三分之二以上的面積年日照時間在2 200 h以上，各地年日照時間在2 099～2 813 h，基本呈從東北向西南減少的分布趨勢。沿海地區(qū)有大面積灘涂資源，位于黃河三角洲的東營、濱州有50多萬公頃未利用鹽堿地和荒草地，濰坊北部也有一定面積不適宜農作物、樹木生長的未利用地，濟寧、棗莊等煤炭生產基地有大量塌陷地，這都為光伏發(fā)電開發(fā)利用提供了較為有利的條件。

光伏發(fā)電一般可分為集中式光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電。山東省提出有序推進集中式光伏電站建設，到2015年底，全省建成集中式光伏電站裝機60萬kW；大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電，力爭到2015年底，全省建成分布式光伏發(fā)電裝機120萬kW，全省光伏發(fā)電容量達到180萬kW以上。

1.2.1 山東集中式光伏電站發(fā)展現(xiàn)狀

2010年至2014年，山東電網(wǎng)調度范圍內集中式光伏電站裝機容量發(fā)展情況如圖2所示。2014年裝機容量達到了217.6 MW，同比增長了130%，為歷年最大。截至2014年，山東電網(wǎng)調度范圍內集中式光伏電站16座，其中裝機容量最大的是2014年11月底投入運營的德州平原協(xié)合40 MW光伏電站，也是省內唯一接入110 kV電壓等級的統(tǒng)調光伏電站。與風電接入不同，集中式光伏電站容量多在20 MW以下且接入點近負荷中心，一般根據(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)結構選擇10 kV或35 kV電壓等級接入，裝機容量對接入電壓等級并不起決定性作用。例如，目前裝機容量最小的聊城高唐安杰4.3 MW光伏電站，直接接入地區(qū)110 kV變電站35 kV母線；而裝機容量為20 MW的臨沂湯泉節(jié)能光伏電站，接入電壓等級為10 kV。

山東省內集中式光伏電站采用的光伏組件主要有非晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件及單晶硅光伏組件。非晶硅光伏組件由于長期運行的穩(wěn)定性問題仍未徹底解決且光電轉換效率只有8%～10%，因此尚未大量推廣應用，裝機容量只有40.5 MW。單晶硅光伏組件的光電轉換效率最高，可達15%～17%，但是制造成本較高，因此裝機容量占比12.41%。多晶硅光伏組件在制造成本和時間上都比單晶硅少，且光電轉換效率接近12.4%，高于非晶硅光伏組件，因此應用最為廣泛。省內集中式光伏電站采用的光伏組件容量及占比如表3所示。

圖2 山東集中式光伏電站歷年裝機容量

表3 不同類型光伏組件裝機容量

1.2.2 山東分布式光伏電站發(fā)展現(xiàn)狀

分布式光伏發(fā)電具有簡便靈活、適用區(qū)域廣、維護簡單等優(yōu)點，可以因地制宜，對土地資源的消耗以及生態(tài)環(huán)境的影響相對較少。而且接入要求相對簡單，電能一般就地消納，避免了輸電線路長距離傳輸?shù)膿p耗，電能利效率也更高。

據(jù)山東省電力調控中心統(tǒng)計，山東分布式光伏發(fā)電項目共169個（居民個人投資建設項目76個），裝機容量142.05 MW，同比增長220.4%。截至2014年底，分布式光伏發(fā)電年利用小時數(shù)814.00 h，年發(fā)電量955.05萬kWh，同比增長48.75%。居民投資建設的分布式光伏發(fā)電項目多在用戶側以400 V電壓等級并網(wǎng)，企業(yè)投資建設的一般選擇廠用變10 kV側并網(wǎng)。

1.3 山東省生物質發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

山東省是農業(yè)大省，生物質蘊藏豐富，可開發(fā)潛力巨大。山東省生物質總蘊藏量和可利用量分別達1.15億t標準煤和0.477億t標準煤，其中，秸稈和林木剩余物所占比例高達50%以上，折合0.24億t標準煤以上。山東省生物質發(fā)電主要包括直燃發(fā)電、混燃發(fā)電、氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電等。2006年底投產的位于山東菏澤的國能單縣生物質發(fā)電工程是我國首個生物質直燃發(fā)電廠。截至2014年，直燃發(fā)電項目裝機規(guī)模已占山東省生物質發(fā)電規(guī)模的50%以上。

2014年底，山東電網(wǎng)共有生物質發(fā)電廠50座，均為地方電廠，裝機容量為977.57 MW，同比增長21.44%。全年生物質發(fā)電量49.88億kWh，同比增長21.90%。生物質發(fā)電在全省17個地區(qū)均有分布，主要集中在內陸地區(qū)。其中菏澤地區(qū)發(fā)展最早（2001年），濱州地區(qū)裝機規(guī)模最大，共5座電廠，總裝機容量105 MW。

山東電網(wǎng)調度范圍內生物質發(fā)電的歷年裝機容量及增長情況如圖3所示。2008年起，生物質發(fā)電依靠補貼政策步入爆發(fā)式增長階段，2013年由于燃料質量不過關和供應不足等原因增速放緩。通過生物質發(fā)電技術的變革及燃料采購模式的創(chuàng)新，生物質發(fā)電渡過了危機并在2014年迎來了盈利的拐點。

圖3 山東生物質歷年裝機容量

2 山東省新能源發(fā)展存在問題及建議

1）新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)帶來的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和消納的矛盾不容忽視。

山東風電利用水平較高，風力發(fā)電全部優(yōu)先上網(wǎng)并全額消納。但是由于新能源的快速發(fā)展、電源結構的不合理以及電力需求增長放緩，山東電網(wǎng)系統(tǒng)調峰矛盾凸顯。山東電源結構以火電為主，占比達到88%，而抽水蓄能、燃氣等靈活性調節(jié)電源比重僅為3.3%。山東大風期、供熱期重疊，2014年日最大風力約54.8%出現(xiàn)在負荷低谷期間，風電反調峰特性比較明顯。此外，隨著并網(wǎng)運行供熱機組比例逐年增高，冬季供熱期系統(tǒng)調峰能力較非供熱期下降10%～35%，風力發(fā)電與電網(wǎng)調峰矛盾日漸加劇，新能源消納形勢日趨嚴峻。因此，需繼續(xù)優(yōu)化常規(guī)電源運行方式，加強供熱機組監(jiān)控，深度挖掘系統(tǒng)調峰能力；加快山東沂蒙120萬kW抽水蓄能等調節(jié)性電源的規(guī)劃和建設；建立健全優(yōu)先調度工作體系，在調度計劃中為新能源預留空間，優(yōu)先安排新能源發(fā)電；開展新能源消納能力專項分析，指導調度運行。

2）建設堅強智能電網(wǎng)是新能源快速發(fā)展和大規(guī)模接入的重要保障。

在電網(wǎng)結構薄弱，缺少電網(wǎng)支撐的情況下，電網(wǎng)安全運行的要求限制了新能源并網(wǎng)和消納。自2010年起，山東電網(wǎng)建設投資已連續(xù)三年突破200億元，目前建成了500 kV“五橫三縱”主網(wǎng)架，220 kV電網(wǎng)已成為地區(qū)供電系統(tǒng)的主網(wǎng)架，500～220 kV高低壓電磁環(huán)網(wǎng)基本打開。全省各地市均有1座及以上500 kV變電站，各縣市均至少有1座220 kV變電站，220 kV及以下電網(wǎng)結構得到持續(xù)優(yōu)化和完善，新能源接納能力顯著增強。但電網(wǎng)運行中仍存在正常方式下部分輸變電設備重載、局部電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱等情況。同時，面對海上風電大規(guī)模開發(fā)利用即將到來的重大形勢，需進一步加強山東電網(wǎng)尤其是沿海地區(qū)電網(wǎng)結構規(guī)劃和建設，實現(xiàn)新能源接入與電網(wǎng)總體協(xié)調發(fā)展。

3）開展特高壓交直流輸電工程與山東電網(wǎng)相互影響機理的專題研究迫在眉睫。

圍繞山東省“兩區(qū)一圈一帶”區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，山東電網(wǎng)預計到2017年建成“兩交兩直”特高壓工程（交流：“東縱”錫盟—山東、“北橫”靖邊（榆橫）—濟南—濰坊；直流：上海廟—魯南、呼盟—山東）。“十二五”至“十三五”期間，山東還規(guī)劃建設呼盟至青州± 800 kV特高壓直流工程，并將加快構建省內特高壓環(huán)網(wǎng)。到2020年，預計山東電網(wǎng)接受省外來電將達到3 750萬kW左右，“外電”比例將達到三成。隨著接入山東的交直流特高壓工程外送新能源比例的不斷增大，以及未來山東特高壓環(huán)網(wǎng)初具規(guī)模，山東電網(wǎng)特性日趨復雜。一方面，特高壓直流再啟動、換相失敗、閉鎖等異常對送、受端交流電網(wǎng)安全穩(wěn)定產生較大影響；另一方面，風電特性對直流系統(tǒng)的影響日趨顯著，風電在電網(wǎng)電壓跌落和直流系統(tǒng)異?；謴推陂g可能吸收大量系統(tǒng)無功功率，危及直流系統(tǒng)及送受、端交流電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。因此，有必要深入分析特高壓交直流輸電工程與山東電網(wǎng)的相互影響機理，并編制相關應急處理預案。

4）深化新能源安全運行管理，全面規(guī)范防治新能源運行安全問題。

由于風電的爆發(fā)式增長、風電機組性能不高以及初期風電場運行管理不完善等一系列問題逐步積累，2011年全國共發(fā)生8起風電大規(guī)模脫網(wǎng)事故，風機脫網(wǎng)累計5 447臺次，損失出力合計694萬kW。雖然山東風電全部優(yōu)先上網(wǎng)并全額消納，尚未發(fā)生過非正常脫網(wǎng)事故，仍需依據(jù)國家能源局和國家電網(wǎng)標準修訂和政策變更，進一步完善山東電網(wǎng)新能源調度運行管理規(guī)范、并網(wǎng)驗收規(guī)范及并網(wǎng)驗收測試規(guī)程等相關規(guī)范，建立新能源運行技術支持體系、標準體系和風電并網(wǎng)檢測體系，加強風電場并網(wǎng)管理，提高新能源安全運行水平。

5）加強新能源電站關鍵設備性能提升和策略優(yōu)化。

在新能源功率控制方面，截至2015年2月底，山東電網(wǎng)已陸續(xù)開展64座風電場AGC閉環(huán)試驗，但AGC系統(tǒng)控制誤差仍然較大。目前，山東電網(wǎng)94座風電場全部具備AVC功能，但未充分利用風電機組的無功能力，需進一步優(yōu)化風電機組和動態(tài)無功補償裝置的協(xié)調控制，提升無功設備的投入率與調節(jié)性能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。在繼電保護配置和整定方面，繼電保護仍難以適應風電波動性與風電場電氣分散性的特點，機組保護與集電線路保護定值缺乏配合，裝置運行管理水平不高。

6）新能源電站上報預測數(shù)據(jù)準確率仍待提高。

風電場短期功率預測上報率達到90%且準確率達到80%（以均方根誤差計算）的風電場有76座；但是上報率達到90%且準確率未達到80%的風電場有8座，短期功率預測上報率未達到90%的風電場仍有2座。未來需推進風電場單機運行信息和測風塔氣象信息等遙測遙信量的實時采集上傳工作，為加強超短期風電功率預測，科學評估棄風電量提供信息支撐；加強與氣象部門的協(xié)作，深化數(shù)值天氣預報應用，加強風電功率預測后評估，不斷提升預測上報率和準確率。

7）新能源電站關鍵設備數(shù)據(jù)信息核查難度大。

未來山東省內94座光伏電站、22座集中式光伏電站、270個分布式光伏發(fā)電工程、52座生物質發(fā)電廠的關鍵設備海量數(shù)據(jù)都要上傳至山東省電力調控中心。采用智能電網(wǎng)“大數(shù)據(jù)”的思想，建立新能源電站關鍵設備型號、軟件版本、保護定值等數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)關鍵部件更換、軟件版本變更等設備信息動態(tài)的在線核查；基于海量數(shù)據(jù)挖掘與處理，開展新能源并網(wǎng)性能評估與故障行為優(yōu)化控制專題研究，為新能源電站的運維提供技術支撐。開展新能源發(fā)電系統(tǒng)模型參數(shù)實測工作，建立能夠表征大型風電場及光伏電站機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的精確數(shù)學模型，制定模型參數(shù)驗證規(guī)范。

8）加強新能源市場化機制建設，完善新能源調峰輔助服務補償機制。

目前山東風電執(zhí)行的是2015年新出臺的風電標桿上網(wǎng)電價，屬于第四類資源區(qū)風電標桿上網(wǎng)電價0.61元／kWh，并按照0.06元／kWh標準給予臨時電價補貼。山東省大力實施光伏電價扶持政策，2013年至2015年并網(wǎng)發(fā)電的光伏電站，上網(wǎng)電價確定為1.2元／kWh，高于國家標桿電價部分由省級承擔；2013年至2015年，納入國家年度指導規(guī)模的分布式光伏發(fā)電項目，所發(fā)全部電量在國家0.42元／kWh補貼標準基礎上，省級再給予0.05元／kWh的補貼。但未來新能源發(fā)電標桿上網(wǎng)電價政策將無法滿足要求，應制定更加細化、與資源結合更緊密的新能源固定電價政策。而且，大量新能源并網(wǎng)增加了常規(guī)火電機組調峰啟停次數(shù)以及調峰頻度和深度，增加了運行成本，導致常規(guī)火電機組調峰積極性不強。未來需完善新能源調峰輔助服務補償機制，建立新能源靈活電價機制，增加新能源發(fā)電上網(wǎng)和消納的競爭力。

3 結語

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，我國能源資源和環(huán)境問題日益突出，加快開發(fā)新能源已成為應對能源環(huán)境問題的必由之路。要實現(xiàn)山東系能源大規(guī)模開發(fā)和高效利用，需要針對當前的突出問題，從電源、電網(wǎng)、負荷三方面入手：在電源側提高電源靈活性，在電網(wǎng)側擴大消納范圍，在負荷側實施需求管理，多措并舉，全面提升電力系統(tǒng)消納新能源的能力，推動新能源又快又好發(fā)展。

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Shandong New Energy Development Present Situation and Prospect Analysis

WANG Ruiqi1，MA Jie2，LIU Hongzheng1，WANG Zhaoxin2，HAN Deshun2，YUAN Shuai2，SUN Shumin1
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250002，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

Developing new energy is the important way of transforming development mode，adjusting the energy structure，optimization of energy distribution and promoting energy conservation and emissions in Shandong.Since 2009，Shandong new energy power generation has stepped into explosive growth stage，and the power grid capacity proportion has been rising year by year.By the end of 2014，Shandong wind power installed capacity has ranked 5th.The effect of new energy on Shandong power grid safe and stable operation could not be ignored.The strategy of“external electric into Shandong”has brought a novel challenge to the ability of Shandong accepting new energy.In this paper，the summary of the present situation and development prospect of Shandong new energy development has been made，the existing problems and guidance suggestions were proposed.

new energy；present situation；prospect analysis；wind power generation；photovoltaic power generation；biomass power generation

TM61

A

1007－9904（2015）06－0026－05

2015-05-08

王瑞琪（1986），男，博士，工程師，主要從事新能源發(fā)電并網(wǎng)和運行調度技術的相關研究工作。