摘要：目前，光伏發(fā)電、風(fēng)電的裝機(jī)規(guī)模均已超越水電，二者合計(jì)裝機(jī)規(guī)模已超過(guò)煤電，成為電力裝機(jī)主體。在分析我國(guó)可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以光伏發(fā)電、風(fēng)電為主要研究對(duì)象，設(shè)計(jì)可再生能源開(kāi)發(fā)潛力晴雨模型，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行情況進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，分區(qū)域定量分析可再生能源消納潛力。

關(guān)鍵詞：可再生能源；消納潛力；分區(qū)域；晴雨模型

中圖分類號(hào)：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）09-00-03

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Research on the Regional Consumption Potential of Renewable Energy in China

YU Yanlong1， LIU Jiaqi2， ZHANG Yuqing3， WANG Xinhao3，4， LYU Lanchun3，4

（1. China Renewable Energy Engineering Institute， Beijing 100120， China;

2. Guohua Energy Investment Co.， Ltd.， Beijing 100007， China;

3. Sichuan Energy Internet Research Institute Tsinghua University， Chengdu 610218， China; 4. Tsinghua University，Beijing 100084， China）

Abstract： At present， the installed capacity of photovoltaic power generation and wind power has surpassed hydropower， and the combined installed capacity of the two has surpassed coal-fired power generation， becoming the main body of power installation. On the basis of analyzing the current development status of renewable energy in China， this article focuses on photovoltaic power generation and wind power as the main research objects， designs a potential sunshine-rain model for renewable energy development， and comprehensively predicts and evaluates the development environment and operation of renewable energy in China in the future. It quantitatively analyzes the consumption potential of renewable energy in different regions.

Keywords： renewable energy; consumption potential; regional division; sunshine-rain model

在“雙碳”背景下，電力行業(yè)實(shí)施低碳轉(zhuǎn)型將助力降碳減排，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，促進(jìn)可再生能源發(fā)展。近年來(lái)，中國(guó)可再生能源發(fā)展勢(shì)頭迅猛，裝機(jī)規(guī)模持續(xù)高速增長(zhǎng)。與此同時(shí)，消納問(wèn)題日益凸顯，積極開(kāi)展可再生能源消納的相關(guān)研究有助于消除發(fā)展瓶頸，具有重要意義。

1 中國(guó)可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)家能源局發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，全國(guó)水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電累計(jì)裝機(jī)共占總裝機(jī)容量的50.4%，已超過(guò)火電的占比；全球可再生能源新增裝機(jī)5.1億kW，其中中國(guó)的貢獻(xiàn)超過(guò)了50%。全國(guó)風(fēng)電平均利用率為97.3%，光伏發(fā)電平均利用率為98%，保持了較高的利用水平[1]。截至2024年6月底，光伏發(fā)電、風(fēng)電的裝機(jī)規(guī)模均已超越水電，二者合計(jì)裝機(jī)規(guī)模已超煤電，成為電力裝機(jī)主體。

2 分省消納潛力研究思路

《關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》提出，我國(guó)可再生能源發(fā)展以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表，合計(jì)裝機(jī)容量的目標(biāo)是在2030年達(dá)到12億kW以上。2024年6月，二者裝機(jī)規(guī)模已達(dá)11.81億kW，以提前6年的速度近乎完成了目標(biāo)。然而隨著經(jīng)濟(jì)增速放緩，社會(huì)用電需求并未產(chǎn)生較大提升，電力系統(tǒng)靈活性資源還有待挖掘和建設(shè)，勢(shì)必造成消納能力脫節(jié)，適應(yīng)性不足。

2.1 可再生能源消納的意義

全國(guó)新能源并網(wǎng)消納情況顯示，2024年1—6月全國(guó)風(fēng)電利用率為96.1%，光伏發(fā)電利用率為97.0%，較上年度的平均利用率有所下降，部分地區(qū)利用率已跌破《清潔能源消納行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》提出的95%消納紅線[2]。

利用率降低將帶來(lái)以下弊端：第一，電力無(wú)法消納可能造成電網(wǎng)負(fù)荷不平衡，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定；第二，“棄風(fēng)棄光”導(dǎo)致大量資源浪費(fèi)，所在地區(qū)可能面臨不良的生態(tài)環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)影響，限制了進(jìn)一步投資和發(fā)展。研究顯示，可再生能源電力消納與碳排放呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，消納量的增長(zhǎng)對(duì)當(dāng)?shù)谻O2排放量均具有顯著的減緩作用[3-4]。目前，國(guó)家已設(shè)立消納保障機(jī)制，將可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重作為約束性指標(biāo)，各省按此進(jìn)行考核[5]。

2.2 各區(qū)域消納影響因素和潛力

可再生能源消納的影響因素主要有資源分布、用電需求、電網(wǎng)建設(shè)等。我國(guó)風(fēng)光資源主要集中在西北、華北及東北地區(qū)，而中部及東南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)，對(duì)用電有更高的需求，資源與負(fù)荷呈逆向分布。此外，電網(wǎng)建設(shè)水平同樣影響地區(qū)的消納能力，資源豐富、發(fā)電量大的省級(jí)行政區(qū)可以依靠輸電通道的建設(shè)，將電力輸送至發(fā)電量小、需求量大的省級(jí)行政區(qū)，以此調(diào)節(jié)能源供需的不平衡。針對(duì)每個(gè)省級(jí)行政區(qū)的不同情況，通過(guò)模型設(shè)計(jì)量化各省級(jí)行政區(qū)的消納潛力，以期幫助地方政府分析現(xiàn)狀、制定決策，在更好地完成消納責(zé)任權(quán)重考核的基礎(chǔ)上，支持可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展。

3 晴雨模型設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的分析模型以可再生能源消納潛力計(jì)算結(jié)果為表征，反映各省級(jí)行政區(qū)可再生能源的開(kāi)發(fā)潛力。模型的研究對(duì)象設(shè)定為裝機(jī)規(guī)模較大的風(fēng)電和光伏發(fā)電，由此定名為風(fēng)光開(kāi)發(fā)潛力晴雨模型（簡(jiǎn)稱晴雨模型）。

3.1 計(jì)算公式

晴雨模型的計(jì)算公式為

（1）

式中：E表示某省級(jí)行政區(qū)某小時(shí)可再生能源電力消納數(shù)；Qw表示風(fēng)電并網(wǎng)量；cw表示風(fēng)電容量因子；Qp表示光伏并網(wǎng)量；cp表示光伏容量因子；D表示用電需求；Qt表示火電量；Qh表示水電量；Qin表示受入電量；Qout表示送出電量；a表示權(quán)重；Qs表示儲(chǔ)能電量。

當(dāng)E≥100，代表發(fā)電能力已等于或者超過(guò)消納空間，產(chǎn)生電量有較大無(wú)法消納的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引起重視；當(dāng)E＜100，代表消納空間大于發(fā)電能力，則產(chǎn)生電量仍然存在一定的消納潛力。

3.2 各項(xiàng)參數(shù)

3.2.1 風(fēng)電、光伏并網(wǎng)量

風(fēng)電、光伏并網(wǎng)量為某年某省風(fēng)電、光伏項(xiàng)目的并網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)來(lái)源于可再生能源發(fā)電項(xiàng)目建檔立卡信息。

3.2.2 風(fēng)電、光伏容量因子

風(fēng)電、光伏容量因子為某省某小時(shí)風(fēng)電、光伏發(fā)電設(shè)備的實(shí)際輸出功率與理論最大輸出功率之比，數(shù)據(jù)來(lái)源于高時(shí)空精度的可再生能源布局與電力系統(tǒng)優(yōu)化模型[6]。

3.2.3 用電需求

用電需求為各省小時(shí)級(jí)用電量，數(shù)據(jù)來(lái)源參考《國(guó)家發(fā)展改革委 國(guó)家能源局關(guān)于做好2021年電力中長(zhǎng)期合同簽訂工作的通知》附件中的各省級(jí)電網(wǎng)典型電力負(fù)荷曲線。

3.2.4 火電量

火電量為火電裝機(jī)量和火電最低經(jīng)濟(jì)發(fā)電小時(shí)比例的乘積?；痣娧b機(jī)量來(lái)源于各省公開(kāi)發(fā)布的裝機(jī)信息，最低經(jīng)濟(jì)發(fā)電小時(shí)比例根據(jù)2021—2023年國(guó)家能源局發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)取平均值，本模型設(shè)定為40%，可依據(jù)情況調(diào)節(jié)。

3.2.5 水電量

水電量為水電裝機(jī)量和水電最低經(jīng)濟(jì)發(fā)電小時(shí)比例的乘積。水電裝機(jī)量來(lái)源于各省公開(kāi)發(fā)布的裝機(jī)信息，最低經(jīng)濟(jì)發(fā)電小時(shí)比例設(shè)定為10%，可依據(jù)情況調(diào)節(jié)。

3.2.6 受入/送出電量

受入電量為省級(jí)行政區(qū)間受入電量和受入電量小時(shí)容量因子的乘積，送出電量為省級(jí)行政區(qū)間送出電量和送出電量小時(shí)容量因子的乘積。受入/送出電量來(lái)源于《中國(guó)電力統(tǒng)計(jì)年鑒2022》，小時(shí)容量因子根據(jù)各省級(jí)行政區(qū)的受入/送出電量排名情況，賦值為20%～40%。

3.2.7 權(quán)重

反映電網(wǎng)建設(shè)狀況對(duì)區(qū)域消納能力的影響，本模型設(shè)定為1.01。

3.2.8 儲(chǔ)能電量

儲(chǔ)能電量為儲(chǔ)能裝機(jī)容量和儲(chǔ)能單位小時(shí)容量因子的乘積，儲(chǔ)能裝機(jī)容量參照《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2022》，單位小時(shí)容量因子設(shè)定為30%。

3.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

出于數(shù)據(jù)來(lái)源全面、年份統(tǒng)一的考慮，晴雨模型采用數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)年為2020年，計(jì)算得出各省級(jí)行政區(qū)對(duì)應(yīng)的全年8 784個(gè)E值。某省級(jí)行政區(qū)在一個(gè)典型月（31 d，744 h）的E值變化趨勢(shì)如圖1所示。當(dāng)出現(xiàn)E值＜0時(shí)，表示該小時(shí)各類型能源的發(fā)電量已經(jīng)超過(guò)用電需求量，定義該情況等同于消納風(fēng)險(xiǎn)無(wú)限大，使用該省級(jí)行政區(qū)E值的計(jì)算結(jié)果最大值替換負(fù)值數(shù)據(jù)。晴雨模型的預(yù)測(cè)結(jié)果取決于某省級(jí)行政區(qū)全年E值≥100的數(shù)量，各省級(jí)行政區(qū)的預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)“風(fēng)光開(kāi)發(fā)潛力晴雨模型”并預(yù)測(cè)了全國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的可再生能源發(fā)展“晴雨”現(xiàn)狀，期望預(yù)測(cè)結(jié)果可為地方政府主管部門(mén)制定可再生能源發(fā)展的相關(guān)決策提供支撐。預(yù)測(cè)結(jié)果為“晴”的省級(jí)行政區(qū)擁有較為充足的消納潛力，可繼續(xù)鼓勵(lì)發(fā)展；預(yù)測(cè)結(jié)果為“陰”的省級(jí)行政區(qū)消納潛力相對(duì)較小，可建議適度發(fā)展，增加一定的消納機(jī)制；預(yù)測(cè)結(jié)果為“雨”的省級(jí)行政區(qū)消納潛力不足，應(yīng)意識(shí)到相關(guān)問(wèn)題，控制可再生能源發(fā)展規(guī)模并探索可行的方式增加消納，潛力有所改善后再進(jìn)行鼓勵(lì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

1 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.中國(guó)可再生能源發(fā)展報(bào)告2023年度[R].北京：中國(guó)水利水電出版社，2024.

2 全國(guó)新能源消納監(jiān)測(cè)預(yù)警中心.2024年6月全國(guó)新能源并網(wǎng)消納情況[EB/OL].（2024-07-31）[2024-05-15].https：//mp.weixin.qq.com/s/D7aJt3ksOrDXNpoOhtV7ww.

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4 姜 曼，楊司玥，劉定宜，等.中國(guó)各省可再生能源電力消納量對(duì)碳排放的影響[J].電網(wǎng)與清潔能源，2020（7）：87-95.

5 陶 冶.以消納保障機(jī)制推動(dòng)我國(guó)邁向可再生能源高質(zhì)量發(fā)展新階段[J].中國(guó)電力企業(yè)管理，2024（13）：42-44.

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