錢仲豪 茅 雷 王 謙 張 駿

（國網(wǎng)南通供電公司，江蘇 南通 226006）

隨著我國能源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，各種類型的能源相互耦合消納，促進了可再生能源的高效利用。多能互補系統(tǒng)以全面調(diào)度管理和系統(tǒng)優(yōu)化運行手段，使能源管理模式發(fā)生了改變。提高可再生能源利用效率，促進可再生能源消納，有助于早日達成“雙碳”目標以及改善各類能源用電負荷，對改善環(huán)境污染和建設綠色社會具有重要的現(xiàn)實意義。

一、可再生能源高比例消納基礎能力分析

（一）東部沿海城市可再生能源的資源分布特點

在我國東部沿海地區(qū)的可再生能源發(fā)電項目開發(fā)過程中，相關地區(qū)和城市的可再生資源儲備豐富，太陽能、風能等可再生能源發(fā)電比重逐年上升。截止到2020年，江蘇省光伏發(fā)電裝機容量已超過一千萬千瓦，風電累計裝機已達到九百萬千瓦。近年來，核電已經(jīng)成為東部沿海城市可再生能源發(fā)電主要力量，促進了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和能源消費方式向低碳化和可再生化轉(zhuǎn)型。

我國東部沿海地區(qū)和城市的可再生資源開發(fā)量較大。根據(jù)相關數(shù)據(jù)，在參考低風速區(qū)域資源的狀況下，東部沿海城市陸上風力資源可開發(fā)量達到了8.96億千瓦，海上風能資源為2.11億千瓦，合計約為11億千瓦。

東部沿海地區(qū)集中式的光伏發(fā)電站可開發(fā)量為3.6億千瓦，分布式可再生能源裝機的潛力是5.3億千瓦，把光伏發(fā)電建筑考慮在內(nèi)，則達到9億千瓦。東部沿海地區(qū)房屋建筑面積約為十萬平方公里，且三十年后總用電量的四分之一將是通過光伏發(fā)電產(chǎn)生的，設備所需占地安裝面積大約為東部沿海地區(qū)現(xiàn)有房屋面積的25%。目前，中東部已開發(fā)的風能資源和太陽能資源占可開發(fā)資源量的比例不足1/10，大多資源還未利用起來?？紤]到生物質(zhì)能、地熱能、海洋能、潮汐能等實際情況，東部沿海地區(qū)的可再生能源發(fā)展前景較好。

（二）東部沿海城市可再生能源的電網(wǎng)發(fā)展特點

1.東部沿海城市可再生能源的電網(wǎng)發(fā)展特點

伴隨著西北地區(qū)棄風和棄光問題日益尖銳，構(gòu)建負荷中心可再生能源消納前景道路成為能源發(fā)展的一條途徑。在《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，明確提出要重點推動蘇、浙、粵、閩四省的海上風電建設進程。光伏方面，發(fā)展中心也逐步由西部向中東部沿海地區(qū)轉(zhuǎn)移。風能資源和光伏資源為代表的可再生能源會在華東區(qū)域得到進一步規(guī)?；l(fā)展。

華東地區(qū)可再生能源發(fā)電的比重較低。滬、蘇、浙、皖和閩四省一市被包含在東部地區(qū)的華東電網(wǎng)的供電區(qū)域。近年來，該電網(wǎng)以長三角城市群為核心，基本形成了受端電網(wǎng)局面。滬、江蘇南部、浙江北部和安徽南部構(gòu)成了華東五百千伏主環(huán)網(wǎng)。被納入華東電網(wǎng)的跨區(qū)直流一共有八回，總額定容量39760MV。

按照華東地區(qū)能源發(fā)展規(guī)劃，到2025年，風電和光伏將進一步翻倍增長，得到迅猛發(fā)展。隨著可再生能源裝機的不斷發(fā)展，電網(wǎng)在未來可能會出現(xiàn)消納壓力。

2.東部沿海城市可再生能源的特性

（1）風電出力特性

相關資料表明，華東電網(wǎng)2019年至2020年8月的風力出電范圍在10%～20%的占比最大，在20%～30%的比重則位于第二，在60%以上的情況基本不會發(fā)生。因此，可以推斷出華東地區(qū)秋冬季節(jié)風力資源較為豐富，夏季風力資源則相對匱乏。

（2）光電出力特性

據(jù)資料統(tǒng)計，光伏日出力的頂峰時間段大約集中在11時至13時。2020年華東電網(wǎng)光伏電站發(fā)電峰值集中在夏季，而分布式可再生能源在秋季發(fā)電量大。

（3）風、光互補特性

風電利用小時數(shù)夏季低秋冬高，而光伏發(fā)電利用小時數(shù)夏高秋冬季節(jié)低，故而風電和光伏具有互補性。光伏發(fā)電一般集中在正午時間段，風電出力在中午時段較小，因此微觀上風電與光伏出力也具有弱互補性。

（三）東部沿海城市可再生能源電網(wǎng)消納現(xiàn)狀

可再生能源發(fā)電裝機規(guī)模在總體上呈現(xiàn)較大的上升趨勢，客觀系統(tǒng)評價電網(wǎng)消納可再生能源的能力是促進可再生能源滲透率和保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提。電力平衡約束和電網(wǎng)安全約束是可再生能源高比例消納的兩個核心問題。從電力平衡的視角出發(fā)，以多狀態(tài)概率模型來描繪東部沿海地區(qū)可再生能源的發(fā)電特點，從而提出以電網(wǎng)擬接入的風光等可再生能源的裝機規(guī)模、損電量、消納電量和在無約束情況下，來評估電網(wǎng)的消納能力，然后形成可再生能源消納能力分析模型，為評估東部地區(qū)消納可再生能源的能力探索出切實的方法。

二、東部沿海城市可再生能源高比例消納的路徑

（一）可再生能源高比例消納的基礎發(fā)展路徑

1.形成高度開放的市場能源體制

堅守能源供應安全可靠的底線，建立健全能源法治體系。通過允許社會資本以自主的形式參與市場競爭，構(gòu)建出高度開放、良性競爭的能源市場體制。采用市場優(yōu)化配置資源的決定性作用，激發(fā)能源的商品性。完善價格機制，引導和鼓勵形成清潔、節(jié)約、高效的能源生產(chǎn)和消費方式。

2.構(gòu)建互聯(lián)、共享的多元供給體系

以柔性輸電技術(shù)和特高壓交直流輸電技術(shù)為手段，不斷擴大可再生能源的輸送途徑和消納范圍，進一步發(fā)揮不同區(qū)域間的能源互補性和時空互補性。在配網(wǎng)層面，促使電動汽車、分布式電源、靈活調(diào)節(jié)負荷等可控分布式設備的主動接入，使相關方具備生產(chǎn)者和使用者雙重屬性，并通過能源路由器打造各個節(jié)點之間的信息交換平臺，促進能量在各個環(huán)節(jié)之間靈活雙向高效流動。

3.引進能源新興技術(shù)的革新應用

一是開發(fā)利用更先進的可再生能源發(fā)電設備，尤其是在家用和商用方面。二是不斷優(yōu)化和提升智能配網(wǎng)的領域技術(shù)，重點發(fā)展特高壓輸電技術(shù)，實現(xiàn)可再生能源遠程大容量的優(yōu)化配置?；谙冗M電子技術(shù)和信息技術(shù)，發(fā)展具有智能管理、智能故障識別、支持分布式設備接入等功能的新型智能電網(wǎng)。三是進一步發(fā)展電轉(zhuǎn)氣等新型能源技術(shù)，以電能為連接器打通各種能源形式之間相互靈活轉(zhuǎn)化和應用。

4.建設能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展協(xié)調(diào)機制

構(gòu)建“發(fā)、輸、配、用”分層互動的技術(shù)系統(tǒng)，明確基于電價和激勵的配用環(huán)節(jié)互動策略；構(gòu)建可再生能源監(jiān)測體系，強化綠色調(diào)度數(shù)據(jù)支撐，強化月度指標考核和信息發(fā)布；加強日間預測和優(yōu)先調(diào)度評價，加大日內(nèi)運行監(jiān)視和智能控制；構(gòu)建綠色調(diào)度評價指標體系，創(chuàng)建一體化的綠色調(diào)度評價流程，應用風光優(yōu)先調(diào)度評價平臺，規(guī)范棄風（棄光）電量計算。

（二）可再生能源高比例“三個協(xié)調(diào)”的系統(tǒng)創(chuàng)新路徑

1.源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化

將“源-網(wǎng)-荷-儲”配套解決方案囊括在內(nèi)的運營方案即為“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)。“源-網(wǎng)-荷-儲”四者之間通過多形式的交互感應與協(xié)調(diào)運作，有助于實現(xiàn)電力系統(tǒng)功率的動態(tài)平衡，精準控制可中斷的用電負荷和儲能設備，保障電網(wǎng)安全運行，改善可再生能源并網(wǎng)過程中對電網(wǎng)產(chǎn)生的波動性等問題。

2.電網(wǎng)政企協(xié)調(diào)機制

圖8a展示了Loppa高地西部、Bj?rn?ya盆地內(nèi)的氣煙囪分布的地震反射雜亂特征，覆蓋面積達36 km2，終止于白堊紀地層的頂部。Bj?rn?yrenna斷裂復合帶（BFC）（圖1）小的氣煙囪位于斷裂的右側(cè)（圖8a）；推測氣體沿著這些斷層向上遷移。Polheim子臺地識別出一個超大氣煙囪（圖8b），寬大約為12 km，覆蓋面積達130 km2，顯現(xiàn)聲學假象特征。

加強政企協(xié)同，橫向和政府部門積極對接，掌控好政府能源部門對可再生能源發(fā)展項目的規(guī)劃和政策，形成定期溝通機制和常態(tài)合作關系，在電網(wǎng)規(guī)劃、資源規(guī)劃、項目工程建設、能源接入等方面展開全方位合作，促進政府主導的可再生能源規(guī)劃方案與電網(wǎng)規(guī)劃的融洽對接。

3.電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化

構(gòu)建電力能源利用效果模型，提升可再生能源消納；搭建能源系統(tǒng)智能管理平臺，從能源定時監(jiān)測、能源信息輸出、能效研判、能源數(shù)據(jù)預測、能源調(diào)度、能源平衡、需求側(cè)響應服務等多方面優(yōu)化能源互聯(lián)網(wǎng)調(diào)度。

三、東部沿海城市可再生能源高比例消納的發(fā)展策略

（一）實行風光資源大規(guī)模開發(fā)的時序配合管理

在東部沿海城市可再生能源發(fā)電項目容量規(guī)模和站址優(yōu)選已確認后，確?？稍偕Y源的合理配置，制定優(yōu)化目標、構(gòu)建優(yōu)化模型、選擇解決方法，對該區(qū)域的可再生能源發(fā)電項目的發(fā)掘和實施，設計出一套最合理的時間順序協(xié)調(diào)決策方案。

以多目標決策理論和方法為出發(fā)點，以安全、綠色、節(jié)能、經(jīng)濟性為基本原則，以區(qū)域內(nèi)二氧化碳排放量最小和煙塵廢氣排放量最低、煤炭使用率最小和效益成本最優(yōu)為決策的目標函數(shù)，以電量保障約束、裝機容量規(guī)模約束、備用容量可靠性約束、污染物排放量約束、電源結(jié)構(gòu)下上界約束、機組出力約束和最早投運年限約束等為約束條件。

優(yōu)化模型應以經(jīng)濟效益優(yōu)先、生態(tài)效益高、化石能源消耗最低為目標，在滿足電力需求和負荷的前提條件下，參謀能源供給狀況和環(huán)境保護效益約束條件，以及經(jīng)濟、能源、環(huán)境三者協(xié)調(diào)發(fā)展的最終目的。以南通市為例，針對電網(wǎng)承載力開展計算，以可再生能源承載力評估計算結(jié)果為指導，合理開展可再生能源規(guī)劃評審，科學有序引導可再生能源接入，優(yōu)先考慮規(guī)劃綠色區(qū)域、避免扎堆接入黃色區(qū)域、積極調(diào)整疏導紅色區(qū)域，促進可再生能源高比例消納。

（二）可再生能源開發(fā)的技術(shù)方法及裝備管理與電網(wǎng)融合應用

1.虛擬電廠

組成虛擬電廠的主體呈現(xiàn)出規(guī)?；c多樣化的特點，其運作方式也更為復雜，使得認知主體和調(diào)度管理的難度也更大。首先，虛擬電廠中各個主體的不穩(wěn)定性較大，難以實現(xiàn)精確的物理模型構(gòu)建。其次，用戶的多方行為、多種終端間的耦合極大地降低了虛擬電廠參與能量管理、參與市場交易的可行性。在這種情況下，擬用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式對實現(xiàn)參與主體的精準認知與合理調(diào)度、市場交易決策的制定具有明確的指向性。

2.激勵模型應用

分布式能源由于自身容量約束和功率限制，一般無法直接參與電力市場的各品種交易，受自身功率輸出的不穩(wěn)定性影響，在電力市場交易中的競爭力較弱且承擔的風險成本較高。為有效防范可再生能源偏差考核風險，針對可再生能源較大的特點，構(gòu)建完備的可再生能源上、下調(diào)服務鼓勵機制，激勵發(fā)用電兩側(cè)積極參與市場化交易，減少系統(tǒng)供需平衡偏差，以提升電力市場活力，促進自由交易。

（三）電力市場激活電網(wǎng)靈活性的管理模式

1.調(diào)整日前市場

省間增量交易、需求側(cè)響應交易、調(diào)頻輔助服務、省內(nèi)電能量交易這4個交易品種被包含在日前市場內(nèi)。首先，相關機構(gòu)應根據(jù)邊界數(shù)據(jù)來進行實時調(diào)度，并組織好省間增量交易和需求側(cè)響應交易，然后把交易結(jié)果作為省內(nèi)電能量市場交易的邊界數(shù)據(jù)。其次，利用好安全約束機組組合算法，以合適的購電成本為目標確定燃煤機組的開停方式。再次，組織調(diào)頻輔助服務市場交易，并根據(jù)調(diào)頻市場出清結(jié)果，對發(fā)電機組的發(fā)電能力進行修正。最后，通過SCED模型對日前發(fā)電計劃進行校正，以獲得實時出清結(jié)果。日內(nèi)機組組合則用于銜接日前市場和實時市場，以適應可再生能源預測偏差、負荷預測偏差對電網(wǎng)運行的影響。

2.輔助服務市場設計方面

堅持以中長期交易為主、現(xiàn)貨交易（輔助服務交易和電能量交易）為補充的原則，鼓勵和推動可再生能源保障性電量以外的部分積極參與市場競爭，逐步擴大可再生能源參與市場競爭電量的交易比重，從而促進東部沿海城市電網(wǎng)可再生能源消納水平的提升。

3.零售市場設計方面

用戶根據(jù)自身需求和售電公司在“去中心”化的電力交易平臺上簽訂交易合同。隨著非市場化用戶數(shù)量的逐步減少，市場化用戶和個性化售電套餐的不斷增多，將使更多需求側(cè)的靈活性資源能夠參與到系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)中，更靈活的零售電價對需求的調(diào)節(jié)作用也更為明顯。

四、結(jié)語

高效地開發(fā)和利用可再生能源是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的重大戰(zhàn)略性舉措。優(yōu)化可再生能源并網(wǎng)接入和調(diào)度運行，規(guī)范可再生能源參與市場化交易，及時發(fā)現(xiàn)可再生能源發(fā)展中存在的突出問題，有助于保證可再生能源得到高效的利用，進一步促進可再生能源企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。供電公司可再生能源高比例消納協(xié)同發(fā)展管理工作的推進，將促進多能融合協(xié)同發(fā)展管理策略逐步成型，使可再生能源開發(fā)的技術(shù)方法及裝備水平管理得到質(zhì)的提升，并為可再生能源高比例消納協(xié)同發(fā)展管理提供實踐經(jīng)驗，助力管理攻關，提升電網(wǎng)發(fā)展的經(jīng)濟效益和社會效益。