王思佳，吳夙瑩

1.天津科技大學(xué) 外國語學(xué)院，天津 300450

2.安徽大學(xué) 商學(xué)院，安徽 合肥 230601

0 引言

新中國成立之初，全國火電裝機(jī)總?cè)萘繛?85×104kW，年發(fā)電量為43×109kW，這樣的發(fā)電量相較于中國龐大的人口基數(shù)和家庭用電量而言微乎其微。隨著改革開放的發(fā)展，短短20 年間，我國火電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到5 712×104kW，極大地縮短了我國的用電缺口?；鹆Πl(fā)電機(jī)組容量占當(dāng)時全國裝機(jī)容量的70%，由于科技的落后和核心技術(shù)的缺乏，我國當(dāng)時只能完全依賴火力發(fā)電，給環(huán)境帶來極大的負(fù)擔(dān)。為了解決能源供應(yīng)不足的問題，風(fēng)力發(fā)電、小水電、太陽能發(fā)電等多種新能源發(fā)電形式逐漸得到重視，但是技術(shù)壁壘導(dǎo)致當(dāng)時我國在新能源發(fā)電領(lǐng)域的嘗試呈現(xiàn)“零散分布，供給體量小”的特點，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到大型發(fā)電的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)需求。經(jīng)過20 余年的不斷探索和發(fā)展，在21 世紀(jì)初期，我國的新能源發(fā)電進(jìn)入蓬勃發(fā)展時期，以風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、水力發(fā)電為主的清潔能源裝機(jī)容量不斷增加，也改變了我國的供電結(jié)構(gòu)。

2020 年9 月，國家提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”發(fā)展目標(biāo)，為新能源發(fā)電行業(yè)提供了更多的發(fā)展機(jī)會，也標(biāo)志著我國既有的“火電為主，新能源發(fā)電為輔”的供電結(jié)構(gòu)將再次發(fā)生改變[1]。在新能源發(fā)電的過程中存在一些問題。例如，新能源發(fā)電受到自然資源的影響極大，其發(fā)電量與自然資源影響程度呈正相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)致發(fā)電量存在極大的不確定性?；痣婋m然在資源消耗和環(huán)境保護(hù)方面有所不足，但是其發(fā)電的可靠性和穩(wěn)定性較高。文章將結(jié)合火力發(fā)電和新能源發(fā)電對發(fā)電調(diào)控方面的問題進(jìn)行探討，以期找到行之有效的指導(dǎo)策略。

1 新能源發(fā)電的優(yōu)勢和缺點

當(dāng)前我國新能源發(fā)電以風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電和水力發(fā)電為主，其他發(fā)電形式，如潮汐能發(fā)電占比較低。因此文章主要分析風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和水力發(fā)電[2]。

1.1 風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢和缺點

1.1.1 風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢

風(fēng)力發(fā)電如圖1 所示。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢就在于分布廣、靈活性強、后期維護(hù)成本低。一般風(fēng)力發(fā)電需要提前一年進(jìn)行踏勘選址，在確定風(fēng)機(jī)點位之后進(jìn)行一年的風(fēng)力勘測，來了解所選風(fēng)機(jī)點位的風(fēng)力。我國幅員遼闊，風(fēng)力資源豐富地區(qū)眾多，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組占地面積小，一般按照裝機(jī)容量選立幾條線路之后便可發(fā)電上網(wǎng)，這樣的靈活性是其他發(fā)電形式都不具備的。相比較火力發(fā)電而言，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的后期維護(hù)成本低，維護(hù)損失電量小，能夠最大限度地保證風(fēng)機(jī)可利用率。

圖1 風(fēng)力發(fā)電示意圖

1.1.2 風(fēng)力發(fā)電的缺點

風(fēng)力發(fā)電的缺點主要體現(xiàn)在過度依賴于風(fēng)力資源、發(fā)電不穩(wěn)定等方面。任何地區(qū)大風(fēng)天數(shù)有限，難以提供充足的、保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滿發(fā)的風(fēng)力資源[3]。一般地區(qū)每年都會有大風(fēng)季和小風(fēng)季。在大風(fēng)季，風(fēng)機(jī)能夠保證滿發(fā)，發(fā)電量十分可觀；但是在小風(fēng)季，風(fēng)機(jī)一般發(fā)電量較少。這就導(dǎo)致發(fā)電量就十分不穩(wěn)定，用電需求和發(fā)電量之間不匹配。如果在用電高峰時，恰逢大風(fēng)季，一般而言可以對火電進(jìn)行限電，充分利用風(fēng)力發(fā)電。但是由于風(fēng)力發(fā)電存在不穩(wěn)定性，可能會因為風(fēng)能波動而對電量產(chǎn)生影響，影響電量供應(yīng)，調(diào)度不得不優(yōu)先火電，并對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行限負(fù)荷。這樣一來風(fēng)力發(fā)電雖然能夠提供足夠負(fù)荷，但由于限電并不能完全實現(xiàn)電量上網(wǎng)，造成電量浪費。

1.2 光伏發(fā)電的優(yōu)勢和缺點

1.2.1 光伏發(fā)電的優(yōu)勢

光伏發(fā)電如圖2 所示。光伏發(fā)電的優(yōu)勢不如風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電明顯，其供電可靠性居中，故障對整體發(fā)電影響不明顯，也具備分布性廣、可恢復(fù)的特點。

圖2 光伏發(fā)電示意圖

1.2.2 光伏發(fā)電的缺點

光伏發(fā)電的缺點是發(fā)電量不高、占地面積較大、光伏板易損壞、維護(hù)成本較高。光伏發(fā)電站一般建在山區(qū)，利用大面積的光伏板吸收太陽能，通過逆變器進(jìn)入升壓站，最終實現(xiàn)上網(wǎng)。但是其影響因素較多，多云、雨雪、長時間風(fēng)吹、塵土覆蓋等都會影響光伏板的太陽能吸收率，進(jìn)而影響發(fā)電量。同時，由于光伏板損壞率較高，對發(fā)電量也會產(chǎn)生一定的影響。

1.3 水力發(fā)電的優(yōu)勢和缺點

1.3.1 水力發(fā)電的優(yōu)勢

水力發(fā)電如圖3 所示。水力發(fā)電既包含了火力發(fā)電的穩(wěn)定性，又具有較高的清潔性，且發(fā)電效率較高，發(fā)電成本較低，容易調(diào)節(jié)，并且具有較大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

圖3 水力發(fā)電示意圖

1.3.2 水力發(fā)電的缺點

水力發(fā)電的缺點在于其可選建廠位置有限，建造費用較高，容量一般在300 MW 以下。雖然是清潔能源發(fā)電形式，但同時可能會有一定程度的破壞生態(tài)的風(fēng)險。

2 新能源發(fā)電調(diào)控方式

在用電高峰期，雖然各地區(qū)的用電指標(biāo)不同，但是一般不會對新能源發(fā)電進(jìn)行限電，只要在負(fù)荷指標(biāo)內(nèi)，一般會按照應(yīng)發(fā)盡發(fā)的原則，不會輕易對新能源發(fā)電進(jìn)行限電。但是，在用電低谷時，如工廠停工停產(chǎn)，社會的用電負(fù)荷相較于以往大幅度降低，這時不需要電廠過多的出力，調(diào)度就會通過AGC 下發(fā)限電指令，根據(jù)當(dāng)時的實際條件對新能源發(fā)電進(jìn)行限電[4]。

2.1 優(yōu)先調(diào)整水電

水電的調(diào)整效率快，一般先對水電進(jìn)行一部分限電，然后再根據(jù)剩余負(fù)荷對風(fēng)電和光伏發(fā)電進(jìn)行限電[5]。但是，這時的電力調(diào)控只考慮當(dāng)時電力需求，不會考慮新能源發(fā)電的實際情況。水力發(fā)電的調(diào)整速度快，并且受自然資源影響較小，可以常年作為調(diào)控的一部分。

2.2 根據(jù)天氣狀況調(diào)整風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電容易受到自然資源影響。如果在大風(fēng)季對風(fēng)力發(fā)電限電，會導(dǎo)致風(fēng)力資源的浪費。因此風(fēng)電場會選擇將部分機(jī)組停運，讓發(fā)電機(jī)組達(dá)到限電指令相應(yīng)負(fù)荷即可，進(jìn)而避免在大風(fēng)天氣風(fēng)力發(fā)電機(jī)組空運致使設(shè)備出現(xiàn)故障。在小風(fēng)季，風(fēng)力發(fā)電出力不足，即便不限電也達(dá)不到半發(fā)或滿發(fā)狀態(tài)，會導(dǎo)致出力不足。對于光伏發(fā)電而言也一樣。陽光充足的時候?qū)夥l(fā)電場會停運部分機(jī)組，減少太陽能資源的浪費。陰雨天氣并不限制光伏發(fā)電量。最終在經(jīng)濟(jì)效益上對新能源發(fā)電產(chǎn)生一定程度的影響[6]。

2.3 合理限制火力發(fā)電

煤炭價格過高時，火電電價沒有變動，這樣一來發(fā)電企業(yè)極容易發(fā)生虧損，企業(yè)會停運部分火電機(jī)組來減少虧損。負(fù)荷余量由新能源發(fā)電輸出。

3 新能源發(fā)電調(diào)控及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的指導(dǎo)策略

3.1 構(gòu)建功率預(yù)測系統(tǒng)

在當(dāng)前風(fēng)電場及光伏電站的實際運行過程中，風(fēng)電場會設(shè)立測風(fēng)塔預(yù)測風(fēng)功率，并形成短期預(yù)測、超短期預(yù)測等多通道對未來一周的風(fēng)速及功率情況進(jìn)行預(yù)測。光伏電站主要根據(jù)天氣預(yù)報來預(yù)測天氣，并判斷其是否會對發(fā)電產(chǎn)生影響。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電這兩種不同新能源發(fā)電形式的功率預(yù)測手段在當(dāng)前都僅僅作為風(fēng)電場的預(yù)測手段，預(yù)測準(zhǔn)確率高達(dá)98%以上，但是其并未接入調(diào)度中[7]。如果能夠構(gòu)建功率預(yù)測系統(tǒng)，對風(fēng)速和天氣進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而得到未來一周左右調(diào)控范圍內(nèi)各新能源發(fā)電的出力情況，并將其匯總上報給省調(diào)。這樣在非緊急情況下需要限電時，就可以提前調(diào)控，控制一部分火力發(fā)電，充分發(fā)揮新能源發(fā)電的優(yōu)勢。

針對季節(jié)錯峰發(fā)電，由于當(dāng)前全國風(fēng)力發(fā)電容量在新能源發(fā)電里占比較高，而風(fēng)力發(fā)電在大風(fēng)季和小風(fēng)季出力不同，因此，在進(jìn)行發(fā)電調(diào)控時，可以在大風(fēng)季由風(fēng)力發(fā)電優(yōu)先發(fā)力，減少火力發(fā)電和其他新能源發(fā)電。這一舉措能夠使新能源發(fā)電可利用率達(dá)到最佳，同時減少火力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)負(fù)效益。

3.2 火電負(fù)荷替代，新能源發(fā)電擴(kuò)容

如果某地區(qū)內(nèi)的火電廠停運，其裝機(jī)容量可以被各大發(fā)電企業(yè)爭取并劃分為一定容量的新能源發(fā)電，并保證總裝機(jī)容量相等。這一舉措是改變當(dāng)前供電結(jié)構(gòu)的有效辦法。由于火力發(fā)電穩(wěn)定，可靠性強，無法輕易對其進(jìn)行限電，使之停運，這也是當(dāng)前在發(fā)電調(diào)控上優(yōu)先停運新能源發(fā)電的根本原因[8]。但如果個別火電停運，進(jìn)行負(fù)荷更替后，可以使全國火電總裝機(jī)容量有序、穩(wěn)步地下降，新能源發(fā)電容量有所提升。這樣一來在進(jìn)行發(fā)電調(diào)控時，即便火電滿發(fā)，但其負(fù)荷有限，留給新能源發(fā)電的彈性空間容量更大，即便對其調(diào)控限電，其最終的發(fā)電負(fù)荷也相較之前有較大程度的提升，經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也有較大的提高。

4 結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前社會對我國供電結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。當(dāng)前供電結(jié)構(gòu)不斷改革和調(diào)整，國家全面推行“碳達(dá)峰”和“碳中和”政策，新能源發(fā)電不斷發(fā)展、完善，思考如何對新能源發(fā)電進(jìn)行合理調(diào)控是當(dāng)前電力調(diào)度工作中必須思考的重要問題。電力調(diào)度涉及煤炭、電力、民生、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多個領(lǐng)域，涵蓋新能源發(fā)電調(diào)控合理性、新能源發(fā)電發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級等多個領(lǐng)域。通過不斷發(fā)展新能源發(fā)電，由清潔能源發(fā)電替代一部分負(fù)荷的火力發(fā)電將是必由之路，也是發(fā)展趨勢，文章提出采取構(gòu)建功率預(yù)測系統(tǒng)、火電負(fù)荷替代、新能源發(fā)電擴(kuò)容等有針對性的指導(dǎo)策略來進(jìn)一步對新能源發(fā)電進(jìn)行宏觀調(diào)控，優(yōu)化我國電力供給結(jié)構(gòu)，使之成為供電可靠、供電高效、供電節(jié)效的最優(yōu)調(diào)控策略，進(jìn)而幫助我國新能源發(fā)電不斷發(fā)展。