劉 潔，郭育碩

（桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林541004）

“十三五”期間以來(lái)，山東電力系統(tǒng)雖然呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)，但隨著電力系統(tǒng)的顯著改善，山東電力系統(tǒng)也面臨著嚴(yán)峻的運(yùn)行壓力[1]。能源儲(chǔ)存是解決這個(gè)問(wèn)題的有效手段，能源儲(chǔ)存可以有效地提高電網(wǎng)的新能源消耗能力、峰值力、緊急電力保障能力，還可以和電機(jī)設(shè)備一起進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)應(yīng)用。根據(jù)山東電力網(wǎng)目前的狀況，有必要去探索山東電力網(wǎng)的實(shí)際情況和應(yīng)用前景。

1 研究現(xiàn)狀及分析

“十三五”以來(lái)，山東省積極推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，清潔能源裝機(jī)比例不斷提高。山東省正努力促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，即風(fēng)能、太陽(yáng)能等自然生產(chǎn)的無(wú)窮能源。

山東省風(fēng)電廠中所裝配的所有汽輪或水、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定功率之和達(dá)到13.54 GW，較“十二五”末增長(zhǎng)225.1%，位居中國(guó)第四。而太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量則成為第一，已增加至0.16 GW，約占11.5%。直至2019-12，山東省的可再生能源和新能源的電站容量為36.24 GW，約占全省的25.8%[2-5]。

“十四五”期間，山東省固有的可再生能源生產(chǎn)能力將進(jìn)一步擴(kuò)大，節(jié)能和原子能設(shè)備生產(chǎn)能力將持續(xù)提高?？紤]到行政區(qū)域內(nèi)各種電源的容量，估計(jì)至“第十四個(gè)五年計(jì)劃”時(shí)期末，電力系統(tǒng)的最大容量將會(huì)小于13.2 GW。預(yù)計(jì)至2030年，電力系統(tǒng)的容量將小于18.4 GW。

由于山東省輔助服務(wù)市場(chǎng)深度控制補(bǔ)償較低，火力企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的靈活改造意向較低，改造動(dòng)力不足。積極發(fā)展儲(chǔ)能將是解決山東電網(wǎng)調(diào)峰需求的有效手段?！笆奈濉逼陂g，山東調(diào)頻資源有望充足。山東的新能源裝機(jī)份額未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步提升，未來(lái)山東省新能源設(shè)備的比例將進(jìn)一步提高。

山東電力網(wǎng)的總設(shè)備容量和總使用量雖然與德國(guó)電力網(wǎng)相似，但新能源裝機(jī)比例卻相差懸殊。

山東、德國(guó)電力網(wǎng)參數(shù)比較如表1所示。

表1 山東、德國(guó)電力網(wǎng)參數(shù)比較

2 討論

圖1展示了“十三五”以來(lái)山東省的電力負(fù)荷增長(zhǎng)情況。過(guò)去3年間，山東電力系統(tǒng)“迎峰度夏”發(fā)生了電力不足的情況，而2018年最大高至6.6 GW。2019年，山東省因“涼夏”等原因而沒(méi)有采取措施，例如行政措施、經(jīng)濟(jì)手段、技術(shù)方法與錯(cuò)峰、避峰、輪休等，但此年中省調(diào)用電設(shè)備全部運(yùn)行時(shí)的總用電負(fù)荷最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之差已增加至24 GW[6]。

圖1 “十三五”以來(lái)山東用電負(fù)荷增長(zhǎng)情況

隨著人們生活水平的不斷提高以及各項(xiàng)政策的扶持，山東電網(wǎng)夏季生活用電負(fù)荷不斷增加，在極端天氣和動(dòng)力煤炭供應(yīng)不足的情況下，缺口仍將進(jìn)一步擴(kuò)大?！笆奈濉逼陂g，山東省的非常規(guī)能源發(fā)電廠裝機(jī)容量將進(jìn)一步擴(kuò)大，“外電入魯”、核電裝機(jī)容量不斷增加，統(tǒng)籌考慮省內(nèi)各類(lèi)電源最低穩(wěn)燃負(fù)荷與最大負(fù)荷之比，預(yù)計(jì)到第十四個(gè)五年規(guī)劃末，山東電力系統(tǒng)調(diào)峰容量缺少約1 320萬(wàn)kW，到2030年電力系統(tǒng)供應(yīng)能力約達(dá)到1 840萬(wàn)kW[7]，如果不能及時(shí)增加調(diào)峰供應(yīng)資源，山東電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行也將受到嚴(yán)重威脅。

國(guó)家電網(wǎng)有限公司黨組書(shū)記、董事長(zhǎng)毛偉明曾表示，考慮到支持發(fā)展可再生能源與新能源消納，仍需進(jìn)一步發(fā)展新型儲(chǔ)能，最終才可能平衡發(fā)展的遠(yuǎn)景目標(biāo)?！笆奈濉敝袊?guó)電企輸配電價(jià)的核定將進(jìn)入第二個(gè)監(jiān)管周期，在此時(shí)期內(nèi)，提供儲(chǔ)能、負(fù)責(zé)供電一方的儲(chǔ)能將伴隨著中國(guó)電力生產(chǎn)、傳輸、使用和銷(xiāo)售關(guān)系的總和改革的深入推進(jìn)而將會(huì)遇到很多新的上升機(jī)會(huì)，建議密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，著重致力于電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的布局[8]。建議密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展，積極探索電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能設(shè)備的布局。

儲(chǔ)能本身不僅不產(chǎn)生電量，甚至還會(huì)消耗電量，其價(jià)值在于為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，因此儲(chǔ)電的價(jià)值和有利之處只能通過(guò)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)、現(xiàn)貨市場(chǎng)或其他政策來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著電力市場(chǎng)化改革趨勢(shì)，政府應(yīng)為之制定合理的儲(chǔ)能政策，促進(jìn)儲(chǔ)能的發(fā)展。山東省是全國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)的八個(gè)試點(diǎn)地區(qū)之一[9]，預(yù)計(jì)到2020-09現(xiàn)貨試結(jié)算后，市場(chǎng)用戶不再執(zhí)行峰谷電價(jià)、輸配電價(jià)固定，調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)取消，調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的電價(jià)包含機(jī)會(huì)成本電費(fèi)，預(yù)計(jì)價(jià)格將會(huì)呈上升趨勢(shì)。隨著電力市場(chǎng)改革的持續(xù)深入，同時(shí)也會(huì)加大“外電入魯”的力度，使煤等礦石、石化燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械設(shè)備等朝著多樣性的方向發(fā)展，山東電網(wǎng)的機(jī)組承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)的特殊運(yùn)行方式將會(huì)變得更加多樣化，從而對(duì)電能的儲(chǔ)存要求不再那么苛刻。2020年，大規(guī)模的調(diào)控力量和有限的電源火電調(diào)節(jié)正是山東所需要的。

有研究表明，抽水蓄能時(shí)兩部分電力的價(jià)格可以嵌入獨(dú)立的蓄能電站，但是很難確定兩部分電源的容量和成本并實(shí)施[10]。建議可以像發(fā)電廠部分不依附外界而自主地儲(chǔ)存電能一樣成為單獨(dú)而自立的個(gè)體來(lái)介入?yún)⒓蝇F(xiàn)貨市場(chǎng)，也可以要求開(kāi)發(fā)新能源企業(yè)和單位建造抽水儲(chǔ)能電站或向負(fù)責(zé)供電的一方租借，用以調(diào)節(jié)峰谷用電問(wèn)題，而電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能電站可以收取租賃金。基于促進(jìn)可再生能源消費(fèi)、緩解負(fù)荷中心局部電網(wǎng)輸電擁堵、確保山東省外電力輸入通道安全等原則，優(yōu)先在山東省北部和東部沿海區(qū)域新能源資源充裕，電力網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電廠、變電所和開(kāi)關(guān)站的布局及連接它們的各級(jí)電壓電力線路的連接方式較差的地區(qū)部署儲(chǔ)能電站。

將電能可逆地進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放的新型電化學(xué)儲(chǔ)能和機(jī)械儲(chǔ)能（壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能燈光）是將用電少的地方多余的電調(diào)往電能不足的地區(qū)，改變頻率從而提升電能質(zhì)量的有效措施[11]。壓縮空氣儲(chǔ)能類(lèi)似于泵儲(chǔ)能空間，可以起到峰值整形的輔助作用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，大容量、長(zhǎng)延時(shí)、低造價(jià)的儲(chǔ)能是山東電網(wǎng)的硬性需求。雖然計(jì)算儲(chǔ)能需求很復(fù)雜，但除了泵式抽水蓄能外，通過(guò)火電機(jī)組靈活性轉(zhuǎn)換，詳細(xì)分析山東省能否實(shí)現(xiàn)外部電力的峰值形成以及核能發(fā)電能夠提供的調(diào)峰容量仍存在一定不確定性[12]。

3 結(jié)論

綜合上述，在“十四五”期間，山東省的電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活性改善的兩個(gè)主攻技術(shù)方向?yàn)椋禾嵘鹆Πl(fā)電機(jī)組的多樣化調(diào)峰能力，加大抽水蓄能、儲(chǔ)能、旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)等靈活性調(diào)節(jié)電源份額[13]。建議山東電力系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展以建設(shè)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力和提高安全可靠運(yùn)行能力為重點(diǎn)，優(yōu)先發(fā)展大型抽水蓄能電站，本著“廣泛結(jié)合、互補(bǔ)”的原則，優(yōu)先發(fā)展大規(guī)模抽水蓄能電站，鼓勵(lì)發(fā)展分布式電化學(xué)儲(chǔ)能電站。在提升山東省電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力計(jì)劃階段中，預(yù)計(jì)儲(chǔ)能在“十四五”期間會(huì)有240萬(wàn)kW的空間[14]。盡管儲(chǔ)能技術(shù)反應(yīng)速度快、配置靈活，然而囿于經(jīng)濟(jì)和安全的限制，大規(guī)模的應(yīng)用仍然是困難的，但試點(diǎn)建設(shè)必不可少，制定適宜于山東省電網(wǎng)改革發(fā)展的儲(chǔ)能政策，必須要根據(jù)山東省電網(wǎng)目前的現(xiàn)狀以及其電力系統(tǒng)利益分配格局進(jìn)行合理編制與劃分。包括優(yōu)先發(fā)展一批抽水蓄能電站項(xiàng)目，積極探索鼓勵(lì)推進(jìn)新能源電站配儲(chǔ)能，促進(jìn)風(fēng)光電源側(cè)配儲(chǔ)能，探索推進(jìn)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能。