文／資深能源專家 白建華

一、前言

我國太陽能發(fā)電已經(jīng)取得了很大進展，未來也將是清潔能源開發(fā)的重點。2017年我國太陽能發(fā)電快速發(fā)展，新增裝機規(guī)模超過50GW；預期2018年光伏發(fā)電仍將快速增長，其中分布式光伏發(fā)電新增規(guī)模將達到20GW左右。由于太陽能光伏發(fā)電具有時段性、隨機性的特點，大規(guī)模、高比例太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)將對電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行及政策制定等帶來重大的影響。本文將首先根據(jù)太陽能光伏發(fā)電出力的特點，闡述其對負荷曲線帶來的變化，分析其對電力規(guī)劃和運行帶來的影響，以期找到適應(yīng)高比例太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)可能采取的措施；然后以某一園區(qū)為例，說明應(yīng)用需求側(cè)管理、儲能等的必要性，以及供電、冷熱系統(tǒng)協(xié)調(diào)規(guī)劃和協(xié)調(diào)運行的重要性。

二、光伏發(fā)電出力特性及其對電力負荷曲線的影響分析

圖1是某區(qū)域光伏發(fā)電在一周7天的出力曲線（以裝機容量為基數(shù)取標幺值）?？梢钥闯?，光伏發(fā)電出力具有很強的隨機性，受天氣影響很大，呈現(xiàn)如下特點：

2）每天發(fā)電出力時間從早晨7：00左右開始，在16：20左右停止；

3）陽光好的日子發(fā)電出力平滑，多云天氣出力波動性較大。

定義某種可再生能源發(fā)電裝機容量（光伏發(fā)電、風電等）與其所在區(qū)域最大電力負荷的比例為該可再生能源發(fā)電的滲透率，以光伏發(fā)電為例：

光伏發(fā)電滲透率 = 光伏發(fā)電裝機容量 / 所在區(qū)域電力負荷最大值

假定光伏發(fā)電所在區(qū)域電力負荷曲線如圖2所示。從圖中可以看出，電力負荷每天有兩個高峰（中午和傍晚），一個低谷（后半夜），平均負荷率約為83.6%，最小負荷率約為67.3%。

下面以光伏發(fā)電滲透率50%為例（不考慮風電安裝，即風電出力為零），分析等效凈負荷曲線的變化，如圖3所示。圖4中分別標出了原始負荷曲線、扣除可再生能源發(fā)電（光伏）后的等效凈負荷曲線，以及各自的平均值?？梢钥闯觯c原始負荷曲線相比，等效凈負荷曲線呈現(xiàn)如下特點：

1）波動性更大，隨機性更強；

正如銀川經(jīng)開區(qū)育成中心辦公室負責人賈慶龍所說，該區(qū)將全力推動企業(yè)向科技含量高、創(chuàng)新能力強、市場競爭優(yōu)勢明顯的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)變。下一步將重點支持奧特生物、方達等技術(shù)成熟且有實力的企業(yè)向外開疆辟土。目前，上述企業(yè)已在海外開展相關(guān)業(yè)務(wù)。

2）午高峰可能變?yōu)槲绲凸龋?/p>

3）晚高峰最大負荷不變（光伏發(fā)電那時沒有出力）；

4）平均負荷率、最小負荷率顯著降低；

5）在某些時段負荷上升、下降的陡度顯著增加。

圖1 光伏發(fā)電在一周7天的出力特性示意圖

圖2 光伏電站所在區(qū)域一周7天電力負荷曲線示意圖

圖3 光伏發(fā)電出力對電力負荷曲線的影響示意圖

圖4 原始負荷曲線與等效凈負荷曲線比較示意圖

對園區(qū)供電而言，除光伏發(fā)電外，根據(jù)冷熱需求還規(guī)劃了燃氣冷熱電三聯(lián)供機組，其發(fā)電出力特性按照“以熱定電”確定；與公用電網(wǎng)的電力交換，考慮了峰谷電價的影響，電價便宜時段多用電，電價貴的時段少用電。如圖5所示。電力平衡情況如圖6所示。

圖5 園區(qū)各類分布式發(fā)電出力及與公共電網(wǎng)的電力交換曲線示意圖

圖6 園區(qū)電力“平衡”示意圖

三、綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃和運行相關(guān)問題分析

對常規(guī)電源來講，需要滿足的負荷為從原始負荷曲線中扣除太陽能光伏發(fā)電、風電等可調(diào)節(jié)性較差電源出力之后的凈負荷曲線。如上所述，在高比例光伏發(fā)電并網(wǎng)的情況下，與原始負荷曲線相比，凈負荷曲線峰谷差加大、峰谷之間的斜率增加、每天還可能變?yōu)槎喾宥喙?，這些都將極大地增加系統(tǒng)規(guī)劃和運行的難度?？梢圆扇U大與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)模、加強需求側(cè)管理、加快建設(shè)儲能等靈活調(diào)節(jié)電源等多種舉措。

1）擴大與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)模，加大可再生能源發(fā)電的市場消納范圍，降低滲透率，增加系統(tǒng)平衡能力。

2）加強需求側(cè)管理，改善負荷特性。研究針對凈負荷曲線的需求側(cè)管理，降低最大值、減小峰谷差，將可有效減小或延緩可控電源、電網(wǎng)的投資，提高系統(tǒng)運行效率，降低整體電力系統(tǒng)的投資和運行成本、減少污染物排放。

3）建設(shè)調(diào)峰電源，增強電源側(cè)的靈活調(diào)節(jié)能力。儲能技術(shù)、電動汽車技術(shù)需要加快成熟，并大規(guī)模應(yīng)用，這也是未來增強系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的有效措施。但目前的主要瓶頸是儲能電池，其成熟度還不夠，影響電動汽車的規(guī)?；茝V，也影響新型儲能在電力系統(tǒng)中的大規(guī)模工程應(yīng)用。儲能、電動汽車在2017年取得了很大發(fā)展，繼續(xù)加大研發(fā)力度、鼓勵科研攻關(guān)，預期將及早取得突破性進展。

上述措施具有一定的競爭關(guān)系，又需要相互協(xié)調(diào)；一方面，各項舉措的技術(shù)成熟度不同，投資水平和運行成本差異也較大，因此未來電力系統(tǒng)的構(gòu)建，不但取決于局部環(huán)節(jié)的創(chuàng)新和成熟度，更重要的是需要高效的系統(tǒng)集成能力，以期達到系統(tǒng)的整體最優(yōu)。需要協(xié)調(diào)好傳統(tǒng)電源、儲能、電網(wǎng)投資，體現(xiàn)電力市場作用，提高運行效率，減少化石能源消費、降低污染物和溫室氣體排放。

2017年國家大力推進電力體制改革，推動增量配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、多能互補、分布式市場化交易等示范項目，預期未來綜合能源將呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。但綜合能源的規(guī)劃和運行，還存在諸多亟待解決的難題。從以上算例可以看出：

1）分布式光伏等可再生能源的發(fā)展，特別是達到較高比重時，將顯著改變負荷特性，等效凈負荷特性與原始負荷特性存在很大的差異，這對需求側(cè)管理，進而對系統(tǒng)規(guī)劃和運行帶來很大影響。

2）如圖2～6所示，在以“以熱定電”原則確定燃氣多聯(lián)供機組的發(fā)電出力時，由于后半夜至早晨時段關(guān)機，電力平衡呈現(xiàn)“供不應(yīng)求”的情況，而在中午前后光伏發(fā)電出力較大，電力平衡又出現(xiàn)“供過于求”的局面，將有發(fā)生“棄光”的風險。這說明，如果沒有充分實現(xiàn)供電系統(tǒng)和冷熱系統(tǒng)“豎井”的打通，在電力系統(tǒng)中又沒有充分考慮需求側(cè)管理和儲能等靈活調(diào)節(jié)資源的配置，電力的實時平衡將存在很大的難度。

3）打通供電系統(tǒng)和冷熱系統(tǒng)的“豎井”，可以適當建設(shè)電蓄熱、電蓄冷、熱泵等，在保證冷熱系統(tǒng)平衡的基礎(chǔ)上，調(diào)整電力負荷和燃氣多聯(lián)供的發(fā)電出力，有利于實時電力平衡的實現(xiàn)。在電力平衡方面，可依據(jù)成本最低原則，可以采取適當配置儲能等靈活調(diào)節(jié)電源、實施需求側(cè)管理改變電力需求特性、調(diào)整與公共電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)容量及功率交換、實施分布式電源市場化交易以調(diào)節(jié)電力平衡余缺等多種手段。

4）實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)最優(yōu)規(guī)劃配置和高效可靠運行，需要構(gòu)建以冷熱電等綜合能源系統(tǒng)總成本（投資成本、運行與維護成本、環(huán)境成本等）最低為目標、以各種資源和多能源系統(tǒng)運行為約束的非線性優(yōu)化問題，并開發(fā)相應(yīng)的求解方法。未來還需要開展深入的科技攻關(guān)研究工作。

2017年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2017年，全社會用電量63077億千瓦時，同比增長6.6%。分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)用電量1155億千瓦時，同比增長7.3%；第二產(chǎn)業(yè)用電量44413億千瓦時，增長5.5%；第三產(chǎn)業(yè)用電量8814億千瓦時，增長10.7%；城鄉(xiāng)居民生活用電量8695億千瓦時，增長7.8%。

2017年，全國6000千瓦及以上電廠發(fā)電設(shè)備累計平均利用小時為3786小時，同比減少11小時。其中，水電設(shè)備平均利用小時為3579小時，同比減少40小時；火電設(shè)備平均利用小時為4209小時，同比增加23小時。

2017年，全國電源新增生產(chǎn)能力（正式投產(chǎn)）13372萬千瓦，其中，水電1287萬千瓦，火電4578萬千瓦。

全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)一覽表

（國家能源局）