田壽濤，辛超山，范 靖，高 明，陳 誠，劉新剛

(1.國網(wǎng)新疆電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國能源建設(shè)集團新疆電力設(shè)計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引言

新疆是我國能源資源富集區(qū)，在全國能源電力發(fā)展中具有較強的區(qū)位優(yōu)勢。為積極助力實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標，新疆“十四五”期間將加快推進新能源建設(shè)力度，深入調(diào)整電源結(jié)構(gòu)，穩(wěn)步發(fā)展“疆電外送”，推動新疆電力工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

環(huán)塔里木盆地太陽能資源豐富，水平面年太陽總輻射量多在5 100～7 400 MJ/m2之間，大部分地區(qū)的年日照小時數(shù)在2 600～3 200 h之間，獨特的沙漠環(huán)境適合大規(guī)模建設(shè)光伏電站。塔里木盆地東沿的羅布泊風(fēng)區(qū)是新疆著名的“九大風(fēng)區(qū)”之一，年平均風(fēng)功率密度大于等于150 W/m2的儲量約20 500 MW，技術(shù)可開發(fā)量為16 000 MW?？紤]到環(huán)塔里木盆地綠洲經(jīng)濟特點、負荷發(fā)展水平以及特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，需要從多方面考慮新能源開發(fā)建設(shè)規(guī)模和電網(wǎng)接納能力。

綜合考慮當?shù)刎S富的新能源資源條件、特殊地理環(huán)境和電網(wǎng)供用電特點，本文以電力平衡、變電容量平衡、儲能容量配置等多個約束條件分析新疆環(huán)塔里木盆地新能源接納能力，提出多項保障措施用于保證新能源電站的消納，為新能源的規(guī)劃建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 新能源接納能力分析方法

目前，國內(nèi)外對新能源發(fā)電并網(wǎng)消納的研究方法較單一。文獻[1]和文獻[2]從電網(wǎng)調(diào)峰能力和調(diào)度運行方面分析研究電網(wǎng)對風(fēng)電的接納水平。文獻[3]從電力平衡、電量平衡和調(diào)峰平衡的角度對新疆南疆四地州區(qū)域光伏電站消納能力進行分析，判斷光伏電站的消納方向，指出能源發(fā)展的幾個關(guān)鍵問題，從而提升新能源的消納能力。文獻[4]通過建立常規(guī)機組、新能源機組、負荷的概率模型，運用卷積積分求出系統(tǒng)充裕度，在給定指標情況下進行調(diào)峰計算。文獻[5]和文獻[6]在綜合考慮負荷峰谷差率、系統(tǒng)備用容量、各類電源調(diào)峰能力和聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)等因素的基礎(chǔ)上，考慮電力平衡的充裕度、節(jié)能減排、新能源消納等因素，提出了可再生能源需求的計算方法。

電力平衡、電量平衡、調(diào)峰平衡分別表示電力系統(tǒng)在時序上電源出力與負荷需求、電源可發(fā)電量與系統(tǒng)需發(fā)電量、電源調(diào)峰能力與系統(tǒng)調(diào)峰需求之間的平衡情況。然而對于局部電網(wǎng)來說，電網(wǎng)互濟能力強，電力平衡和調(diào)峰容量無法衡量局部區(qū)域新能源的接納能力。因此，對局部電網(wǎng)需考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)約束條件下的電力平衡，同時結(jié)合儲能新形式進行分析，從而獲得局部電網(wǎng)在斷面送出能力、電力平衡、變電容量平衡等約束條件下的新能源接納能力，并分析研究配置一定容量的儲能。

2 約束條件下的新能源接納能力定量評估

2.1 環(huán)塔里木盆地新能源基地發(fā)電布局總思路

環(huán)塔里木盆地新能源基地發(fā)電布局總思路主要包括5個方面：

1)充分利用環(huán)塔里木盆地五地州之間斷面送電能力，加快布局750 kV電網(wǎng)，實現(xiàn)全疆范圍內(nèi)的新能源電力消納和資源優(yōu)化配置，通過分析夏季小負荷午間低谷負荷(以下簡稱“夏小午谷”)方式下的電力盈虧，確定五地州可新增新能源裝機。

2)新能源發(fā)電布局還要兼顧經(jīng)濟可行性，在風(fēng)能或太陽能資源好的地方優(yōu)先建設(shè)，使新能源發(fā)電能夠在“十四五”期間平價上網(wǎng)，確保項目的可行性。

3)充分考慮新疆風(fēng)能和太陽能分布特點，在發(fā)揮各地州新能源資源優(yōu)勢的前提下，盡量整裝布置，充分利用“十四五”電網(wǎng)規(guī)劃成果，盡量充分發(fā)揮電網(wǎng)的送出能力，避免電網(wǎng)重復(fù)建設(shè)。

4)通過國網(wǎng)新能源云消納計算平臺，驗證“十四五”末期環(huán)塔里木盆地五地州新能源利用率和棄電量，判斷新能源分布是否合理。其中，五地州是指和田地區(qū)(以下簡稱“和田”)、喀什地區(qū)(以下簡稱“喀什”)、克州地區(qū)(克孜勒蘇柯爾克孜自治州，以下簡稱“克州”)、阿克蘇地區(qū)(以下簡稱“阿克蘇”)和巴州地區(qū)(以下簡稱“巴州”)。

5)通過對環(huán)塔里木盆地五地州750 kV變電容量計算，分析五地州盈余電力的送出能力，判斷新能源分布是否合理。

本文重點從1)、3)、4)、5)四個方面對環(huán)塔里木盆地五地州的新能源布局進行分析。

2.2 斷面約束能力分析

到“十四五”末，新疆電網(wǎng)將建成環(huán)塔里木盆地的750 kV環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)[7]，滿足新疆南疆五地州“煤改電”用電需求，推進環(huán)塔里木盆地能源資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)換。然而受供電距離影響，網(wǎng)架支撐能力弱，斷面送出能力有限。運用電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)對環(huán)塔里木盆地電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性進行分析計算，得出環(huán)塔里木盆地各地州的斷面間交換能力為2 000～6 000 MW，如圖1所示。

圖1 2025年環(huán)塔里木盆地五地州斷面交換能力示意圖

2.3 考慮電力平衡約束條件的新能源接納能力分析

對環(huán)塔里木盆地五地州進行夏小午谷方式下的電力平衡分析，結(jié)果如表1所示。從電力平衡結(jié)果看，“十四五”期間夏小午谷方式下，在不考慮規(guī)劃新增的新能源裝機情況下，五地州有一定的電力盈余，最大盈余僅為610 MW。

表1 環(huán)塔里木盆地五地州夏小午谷電力平衡分析結(jié)果 MW

結(jié)合各地區(qū)斷面之間的網(wǎng)架交換能力，對各地區(qū)可接納新能源裝機容量進行預(yù)測，結(jié)果如表2所示。

表2 環(huán)塔里木盆地五地州新能源裝機缺口預(yù)測結(jié)果 MW

環(huán)塔里木盆地光資源豐富，風(fēng)能資源僅分布在塔里木盆地東沿、巴州地區(qū)東部。結(jié)合地區(qū)資源分布特點，估算各地區(qū)風(fēng)電、光伏裝機規(guī)模如表3所示。

表3 環(huán)塔里木盆地五地州新能源裝機規(guī)模估算表 MW

從上述電力平衡和斷面交換功率極限預(yù)測至“十四五”末，環(huán)塔里木盆地五地州可新增光伏裝機6 700 MW、風(fēng)電1 800 MW。

3 新能源接納能力校核

通過上述約束條件對環(huán)塔里木盆地五地州新能源接納能力進行預(yù)測，利用國網(wǎng)新能源云平臺(利用率和棄電量)、電力平衡及750 kV變電容量平衡角度對新能源接納預(yù)測結(jié)果進行校核。

3.1 采用新能源云平臺校核

電網(wǎng)公司新能源云平臺通過對火電機組出力、調(diào)峰能力、水電庫容、斷面功率交換進行預(yù)先設(shè)置，將負荷特性與風(fēng)電、光伏出力特性相結(jié)合，以社會總體成本最小為目標原則，應(yīng)用生產(chǎn)過程模擬思路，對各省市縣單位進行新能源(風(fēng)電和光伏)裝機規(guī)模、新能源利用率預(yù)測數(shù)據(jù)展示，實現(xiàn)各地區(qū)風(fēng)電和光伏消納預(yù)警。運用新能源云平臺，從利用率和棄電量兩個方面校核“十四五”末環(huán)塔里木盆地五地州新能源接納容量，校核結(jié)果如表4所示。

表4 環(huán)塔里木盆地五地州新能源接納容量校核結(jié)果

從計算結(jié)果可以看出，環(huán)塔里木盆地五地州由于受負荷水平低、調(diào)峰電源少、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱等因素影響，較全疆84.45%的利用率水平偏低，但是后期隨著南疆“煤改電”二期項目、阿克陶抽水蓄能電站(4×300 MW)建設(shè)、儲能電站建設(shè)等措施實施后，能夠?qū)⒗寐手笜颂嵘诫娋W(wǎng)公司要求的90%以上。

3.2 考慮電力平衡及750 kV變電容量進行校核

電力平衡是表示電力系統(tǒng)在時序上電源容量與負荷需求之間的平衡情況。對“十四五”末環(huán)塔里木盆地五地州新能源預(yù)測接納容量，利用電力平衡進行分析，校核750 kV變電站的變電容量是否能夠滿足送出要求，計算結(jié)果如表5所示。其中，喀什、克州供電區(qū)電網(wǎng)相互交錯，作為一個區(qū)域統(tǒng)一考慮。

表5 環(huán)塔里木盆地五地州電力平衡及750 kV變電容量校核分析

從計算結(jié)果可以看出：規(guī)劃的新能源投運后，存在一定的電力盈余；通過變電容量平衡分析可知，環(huán)塔里木盆地750 kV變電容量完全能夠滿足送出要求。

4 儲能容量配置研究

儲能技術(shù)是解決可再生能源發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定問題的重要手段之一，還能夠增加系統(tǒng)的調(diào)峰能力，是推進可再生能源的普及應(yīng)用、實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的關(guān)鍵技術(shù)，是國家實現(xiàn)能源安全、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大需求，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。由于環(huán)塔里木盆地火電和水電裝機分別為8 950 MW和5 480 MW，且環(huán)塔里木盆地750 kV電網(wǎng)分別與新疆主電網(wǎng)和青海電網(wǎng)通過4回和2回750 kV線路相聯(lián)絡(luò)，調(diào)峰容量能夠滿足系統(tǒng)要求。在不考慮儲能的條件下，2025年五地州中的和田、喀什、克州、阿克蘇、巴州斷面夏小午谷存在送出受阻風(fēng)險，受阻容量合計達4 315 MW，計算結(jié)果如表6所示。

表6 2025年夏小午谷不考慮儲能系統(tǒng)容量計算結(jié)果 MW

根據(jù)各地州之間電力受阻情況，對環(huán)塔里木盆地五地州配置相應(yīng)容量的儲能，從而減少地區(qū)之間的電力受阻，計算結(jié)果如表7所示。在和田最少配置200 MW的儲能系統(tǒng)，喀什、克州最少配置950 MW的儲能系統(tǒng)，阿克蘇最少配置250 MW的儲能系統(tǒng)，巴州最少配置400 MW的儲能系統(tǒng)，則可以保證五地州“十四五”夏小午谷各斷面基本無送出受阻風(fēng)險。

表7 2025年夏小午谷考慮儲能系統(tǒng)容量計算結(jié)果 MW

5 結(jié)語

本文從斷面送出極限約束出發(fā)，基于電力平衡預(yù)測環(huán)塔里木盆地五地州新能源接納容量，運用新能源云平臺校核新能源的利用率，通過750 kV變電容量平衡校核網(wǎng)架的承受能力，并考慮配置儲能容量，從而保證新能源開發(fā)容量的合理性，助力實現(xiàn)可再生能源高比例消納。經(jīng)計算，“十四五”期間，環(huán)塔里木盆地在配置1 800 MW儲能容量后，可新增光伏6 700 MW、風(fēng)電1 800 MW，分別占全疆總?cè)萘康?5.8%和9.5%。本文提出的研究方法能夠為重大戰(zhàn)略區(qū)域新能源接納容量估算提供思路。由于新能源出力的隨機波動性，對電網(wǎng)調(diào)峰電源有一定的要求，本文尚未對環(huán)塔里木盆地的調(diào)峰能力進行分析。另外，本文從區(qū)域角度預(yù)測環(huán)塔里木盆地五地州新能源接納容量，沒有分解到區(qū)域內(nèi)的各縣市，后期還需做具體分析。