衛(wèi)鵬杰

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心， 山西 太原 030001）

1 山西電網(wǎng)新能源裝機(jī)預(yù)測(cè)及面臨的問題

1.1 山西電網(wǎng)新能源裝機(jī)概況及預(yù)測(cè)

根據(jù)國(guó)家能源局新能源并網(wǎng)“應(yīng)并盡并”的原則，2020 年底山西的電網(wǎng)直調(diào)新能源裝機(jī)已經(jīng)達(dá)2 820.1 萬(wàn)kW，其中風(fēng)電裝機(jī) 1 874.3 萬(wàn)kW、光伏裝機(jī) 945.8 萬(wàn)kW。 山西省調(diào)直調(diào)裝機(jī)容量為7 870.58 萬(wàn)kW， 新能源裝機(jī)占直調(diào)裝機(jī)容量的35.83%。 根據(jù)2009 年—2020 年新能源并網(wǎng)投產(chǎn)情況可知， 近10 年山西電網(wǎng)年均投產(chǎn)新能源裝機(jī)容量為300 萬(wàn)kW，其中風(fēng)電年均投產(chǎn)200 萬(wàn)kW，光伏年均投產(chǎn)100 萬(wàn)kW。

考慮山西省調(diào)直調(diào)山西機(jī)組切改、暫不考慮直調(diào)火電機(jī)組投產(chǎn)情況， 依據(jù)近10 年年均新能源投產(chǎn)水平預(yù)測(cè)，到2022 年底，山西電網(wǎng)省調(diào)直調(diào)新能源裝機(jī)將達(dá)到3 420 萬(wàn)kW， 新能源裝機(jī)容量占省調(diào)直調(diào)裝機(jī)容量的41.08%；“十四五”末，山西電網(wǎng)省調(diào)直調(diào)新能源裝機(jī)容量將達(dá)到4 320 萬(wàn)kW，新能源裝機(jī)占省調(diào)直調(diào)裝機(jī)容量的48.79%。

1.2 山西電網(wǎng)新能源運(yùn)行新特性

2017 年—2019 年山西省調(diào)直調(diào)新能源出力創(chuàng)新高時(shí)出力、 負(fù)荷情況如表1 所示。 由表1 可知，2017 年—2020 年山西省調(diào)直調(diào)新能源裝機(jī)容量逐年攀升，山西省調(diào)直調(diào)新能源出力共18 次創(chuàng)新高，其中 2017 年 4 次、2018 年 4 次、2019 年 2 次、2020年8 次。新能源出力創(chuàng)新高時(shí)新能源出力與該時(shí)刻統(tǒng)配用電負(fù)荷比由32%上升至65%，呈逐年遞增趨勢(shì)；新能源出力占新能源裝機(jī)容量比由60%多上升至80%多。 由此可見，山西電網(wǎng)正面臨高比例新能源并網(wǎng)引發(fā)的新能源消納、 發(fā)電企業(yè)并網(wǎng)運(yùn)行管理、電力平衡等山西電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理若干新問題或者問題的新特點(diǎn)。

表1 2017—2019 年山西省調(diào)直調(diào)新能源出力創(chuàng)新高時(shí)出力、負(fù)荷表

2 高比例新能源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)山西電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理的影響

2.1 新能源出力波動(dòng)性對(duì)省調(diào)統(tǒng)配用電負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響

2020 年底山西省調(diào)直調(diào)風(fēng)電裝機(jī)1874.3 萬(wàn)kW、光伏裝機(jī)945.8 萬(wàn)kW，根據(jù)“統(tǒng)配用電負(fù)荷波動(dòng)=-170.769 555 6×風(fēng)電波動(dòng)系數(shù)-460.172 888 9×光伏波動(dòng)系數(shù)”[1]計(jì)算的山西省調(diào)直調(diào)新能源出力波動(dòng)對(duì)山西統(tǒng)配用電負(fù)荷的影響如表2 所示。

表2 2020 年山西省調(diào)直調(diào)新能源最大出力、統(tǒng)配用電負(fù)荷波動(dòng)預(yù)測(cè)表

由表2 可知， 山西統(tǒng)配用電負(fù)荷波動(dòng)值約在-60.36 萬(wàn) kW 到 4.35 萬(wàn) kW 之間，新能源出力波動(dòng)性對(duì)山西統(tǒng)配用電負(fù)荷預(yù)測(cè)產(chǎn)生了較強(qiáng)的影響。

2.2 高比例新能源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)山西電網(wǎng)電力平衡的影響

山西省調(diào)進(jìn)行日前（周）電力平衡計(jì)算時(shí)，因受天氣因素變化及新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率相對(duì)較低的影響，難以準(zhǔn)確獲取高峰、低谷、平峰時(shí)刻省調(diào)直調(diào)新能源出力， 進(jìn)而無(wú)法準(zhǔn)確將新能源出力計(jì)入電力平衡。在省調(diào)直調(diào)新能源并網(wǎng)容量較小時(shí)，不計(jì)入電力平衡不會(huì)對(duì)機(jī)組開機(jī)組合、 電量完成產(chǎn)生較大影響。 當(dāng)省調(diào)直調(diào)新能源裝機(jī)容量占比超過一定比值時(shí)（比如40%），計(jì)算電力平衡若不計(jì)入新能源出力，將會(huì)對(duì)機(jī)組開機(jī)組合、電網(wǎng)調(diào)峰、新能源消納產(chǎn)生很大影響[2-3]。 如果日前電力平衡時(shí)省調(diào)直調(diào)新能源出力按經(jīng)驗(yàn)值（預(yù)測(cè)值）計(jì)算，而日內(nèi)電力平衡時(shí)省調(diào)直調(diào)新能源出力按實(shí)際值計(jì)算，則會(huì)因日前、日內(nèi)計(jì)算方式不同造成日前、 日內(nèi)電力平衡計(jì)算結(jié)果差異較大的問題。為了消弭新能源出力波動(dòng)性，如果新能源出力大，勢(shì)必需要多開機(jī)組確保電力可靠供應(yīng)，從而導(dǎo)致日內(nèi)高峰時(shí)段電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用容量偏大， 而低谷時(shí)段新能源消納困難的現(xiàn)象。為了解決上述矛盾，電力平衡控制模式需由“省網(wǎng)獨(dú)立平衡，區(qū)域電網(wǎng)兜底，極少數(shù)情況全國(guó)網(wǎng)平衡”模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤皡^(qū)域電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)平衡，全國(guó)網(wǎng)大兜底互濟(jì)”模式。

2.3 高比例新能源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)山西現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行的影響

大容量、高比例新能源并網(wǎng)運(yùn)行后，尤其是接入電網(wǎng)110 kV 系統(tǒng)及以下的新能源出力波動(dòng)性、隨機(jī)性加大了山西電網(wǎng)母線負(fù)荷96 點(diǎn)預(yù)測(cè)曲線的預(yù)測(cè)難度， 母線負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差可能導(dǎo)致現(xiàn)貨市場(chǎng)節(jié)點(diǎn)電價(jià)偏離實(shí)際，誤發(fā)市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)；接入220 kV 系統(tǒng)的新能源出力波動(dòng)性， 一定程度影響著局部電網(wǎng)的潮流分布， 進(jìn)而影響機(jī)組出力， 影響市場(chǎng)成員收益。山西電網(wǎng)統(tǒng)配用電負(fù)荷96 點(diǎn)預(yù)測(cè)曲線作為現(xiàn)貨市場(chǎng)出清邊界條件及公共信息，大容量、高比例新能源的波動(dòng)性直接影響統(tǒng)配用電負(fù)荷96 點(diǎn)預(yù)測(cè)曲線的準(zhǔn)確率，一定程度上影響著市場(chǎng)成員決策，影響日前、日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)出清邊界，從而影響現(xiàn)貨市場(chǎng)出清結(jié)果，導(dǎo)致日前、日內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)結(jié)算偏差，某種程度上增加了現(xiàn)貨市場(chǎng)不平衡資金的產(chǎn)生， 影響了市場(chǎng)成員收益。

2.4 高比例新能源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)山西發(fā)電企業(yè)運(yùn)行管理的影響

在“區(qū)域電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)平衡互濟(jì)，全國(guó)網(wǎng)大兜底互濟(jì)”模式下，對(duì)山西省電力平衡、電網(wǎng)調(diào)峰能力提出了更為嚴(yán)格的要求， 對(duì)省調(diào)直調(diào)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、持續(xù)調(diào)峰性能提出更為苛刻的要求?；痣姍C(jī)組既要能頂高峰出力，又要能長(zhǎng)周期持續(xù)深度調(diào)峰。長(zhǎng)周期持續(xù)性深度調(diào)峰將對(duì)機(jī)組燃料管理、 運(yùn)行維護(hù)提出更高的要求。 截至2020 年底，山西省調(diào)共有33 臺(tái)、1 325 萬(wàn)kW 燃煤火電機(jī)組（占省調(diào)火電裝機(jī)容量的28.15%）完成靈活性改造，釋放供熱期深度調(diào)峰容量234 萬(wàn)kW，非供熱期深度調(diào)峰容量203 萬(wàn)kW，有效提升了電網(wǎng)調(diào)峰能力和新能源消納能力。如果新能源持續(xù)大容量并網(wǎng)，山西電網(wǎng)常規(guī)機(jī)組發(fā)電空間將進(jìn)一步受到擠壓， 迫使更多發(fā)電企業(yè)加入靈活性改造行列，通過提供深度調(diào)峰的服務(wù)，獲取收益，維持生產(chǎn)運(yùn)行。

3 相關(guān)建議

3.1 不斷提高新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率

提高風(fēng)電、 光伏功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率極為重要，不僅涉及發(fā)電企業(yè)并網(wǎng)運(yùn)行管理， 同時(shí)影響著日前、日內(nèi)電力平衡，影響現(xiàn)貨市場(chǎng)成員收益。 建議山西省調(diào)、 各新能源發(fā)電企業(yè)綜合考慮局地微氣象、風(fēng)機(jī)檢修、跳閘等因素，不斷提高風(fēng)電、光伏新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，逐步降低新能源波動(dòng)對(duì)統(tǒng)配用電負(fù)荷的影響，降低新能源預(yù)測(cè)不準(zhǔn)導(dǎo)致的日前、日內(nèi)平衡偏差問題。

3.2 積極探索新能源出力納入電力平衡機(jī)制

不斷提高新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，積極探索3日及多日新能源出力計(jì)入電力平衡計(jì)算的新機(jī)制，逐漸消弭日前、日內(nèi)電力平衡計(jì)算差異，為科學(xué)、合理計(jì)算開機(jī)容量、調(diào)度機(jī)組開機(jī)、編制機(jī)組出力曲線奠定基礎(chǔ)。

3.3 根據(jù)調(diào)峰需求適時(shí)優(yōu)化輔助服務(wù)市場(chǎng)補(bǔ)償規(guī)則

大容量、高比例新能源并網(wǎng)運(yùn)行出力波動(dòng)性導(dǎo)致機(jī)組開機(jī)容量難以精確計(jì)算，為了更好地消納新能源，必須充分利用水電、抽水蓄能電站、火電機(jī)組的調(diào)峰能力。 為了激發(fā)發(fā)電企業(yè)調(diào)峰積極性，需要根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際適時(shí)優(yōu)化輔助服務(wù)市場(chǎng)補(bǔ)償規(guī)則，充分發(fā)揮市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)杠桿，調(diào)動(dòng)調(diào)度機(jī)組調(diào)峰積極性，保障電網(wǎng)調(diào)峰需求。 發(fā)電企業(yè)要吃透市場(chǎng)規(guī)則，扮演好市場(chǎng)服務(wù)提供商、電量批發(fā)商角色，通過市場(chǎng)獲取服務(wù)收益、發(fā)電收益，提升發(fā)電企業(yè)綜合效益。

3.4 充分調(diào)用抽水蓄能機(jī)組

切實(shí)做好抽水蓄能電站的建設(shè)、規(guī)劃與運(yùn)行，提前謀劃，提前建設(shè)，盡快投運(yùn)，高效運(yùn)行。比如山西在建的垣曲抽水蓄能電站，規(guī)劃的渾源抽水蓄能電站，已經(jīng)投運(yùn)的西龍池抽水蓄能電站。高峰時(shí)段，多調(diào)用抽蓄機(jī)組頂高峰，減少火電機(jī)組開機(jī)；低谷時(shí)段，調(diào)用抽水蓄能電站抽水運(yùn)行，騰挪消納空間，提升新能源消納能力，使機(jī)組運(yùn)行綜合效益最大化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了高比例新能源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)山西電網(wǎng)統(tǒng)配用電負(fù)荷預(yù)測(cè)、電力平衡計(jì)算、山西現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行、山西發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的影響，并從新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提升、機(jī)組調(diào)峰性能提升、輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則優(yōu)化等方面給出了合理化建議，為應(yīng)對(duì)新能源高比例并網(wǎng)運(yùn)行給山西電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理帶來(lái)的新問題、新挑戰(zhàn)提供了有效參考。