趙 君

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030)

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黑龍江電網(wǎng)風(fēng)電消納能力影響因素及提高措施研究

趙 君

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030)

風(fēng)電消納問題不僅是黑龍江省電網(wǎng)面臨的主要問題，是我國乃至世界性的難題。文中從多個角度分析影響黑龍江省電網(wǎng)風(fēng)電消納能力的主要因素，并總結(jié)了國內(nèi)外提高風(fēng)電消納能力的有效措施，以期對黑龍江省風(fēng)電的健康發(fā)展有所借鑒。

電網(wǎng)；風(fēng)電；消納能力；調(diào)峰；措施

黑龍江省是我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展比較早的省份之一。目前全省已開發(fā)風(fēng)電場主要集中在黑龍江省東部以及西部靠近內(nèi)蒙古一帶，截止2014年末，黑龍江省風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到463.6萬kW，達(dá)到最大負(fù)荷的45.1%，占總裝機(jī)容量的18.52%。隨著風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中的比例不斷增大，棄風(fēng)現(xiàn)象不斷出現(xiàn)并將日益加劇，風(fēng)電利用小時數(shù)也逐年降低，風(fēng)電消納已成為制約黑龍江省風(fēng)電健康發(fā)展的關(guān)鍵問題[1]。

1 影響風(fēng)電消納的主要因素

近幾年，黑龍江省風(fēng)電在國家政策的鼓勵下得到了迅猛發(fā)展。然而快速發(fā)展的同時，由于受到負(fù)荷、外送通道、冬季供熱調(diào)峰及配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等諸多因素的限制，風(fēng)電消納問題尤為突出。

a.負(fù)荷因素

對于風(fēng)電消納，用電負(fù)荷是最直接的影響因素，理想條件下，如果用電負(fù)荷足夠大，則既能夠全額消納風(fēng)電，又能夠保證火電等其他發(fā)電形式的利用小時數(shù)。但我國風(fēng)電的開發(fā)建設(shè)主要集中在東北、西北等經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，這種地區(qū)用電負(fù)荷增長緩慢，電源裝機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用電負(fù)荷需求。所以用電負(fù)荷成為制約風(fēng)電消納的最大瓶頸[2]。

截止2014年末，黑龍江省網(wǎng)電源總裝機(jī)容量為2 503.3萬kW，其中火電裝機(jī)容量為1 940.8萬kW，占比77.53%；水電裝機(jī)容量為97.8萬kW，占比3.91%；風(fēng)電裝機(jī)容量為463.7萬kW，占比18.52%。而2014年全省最大負(fù)荷為1 027.9萬kW，電源總裝機(jī)是最大負(fù)荷的2.44倍。可見電力供大于求形勢明顯，電力將出現(xiàn)嚴(yán)重過剩，近年風(fēng)電快速發(fā)展更加重了黑龍江省電力過剩的程度。因為用電負(fù)荷需求相對固定，電源裝機(jī)規(guī)模越大，則電源利用小時數(shù)越低，“十二五”期間黑龍江省電源發(fā)展速度大于用電負(fù)荷增長速度，所以黑龍江省電源年利用小時數(shù)呈逐年降低趨勢，這種形式下就會出現(xiàn)各種發(fā)電形式互相搶占相對固定的市場空間，從而大大限制了黑龍江省風(fēng)電的消納。

b.外送通道因素

當(dāng)本地用電負(fù)荷有限，風(fēng)電消納能力不足的情況下，為了減少風(fēng)電棄風(fēng)現(xiàn)象，可以通過電力外送實現(xiàn)多區(qū)域間聯(lián)合消納[3]。

黑龍江電網(wǎng)地處東北電網(wǎng)的最北部，通過四回500 kV線路與吉林電網(wǎng)相連，通過500 kV伊馮甲、乙線與蒙東電網(wǎng)相連，通過中俄500 kV阿黑線和黑河換流站與俄羅斯電網(wǎng)互聯(lián)。由于吉林、遼寧同樣存在風(fēng)電消納問題，而且遼寧電網(wǎng)南送電量有限，所以根據(jù)黑龍江電網(wǎng)目前的外送通道情況來看，很難通過電力外送至吉林電網(wǎng)、遼寧電網(wǎng)實現(xiàn)東北三省多區(qū)域聯(lián)合消納。

2014年黑龍江電網(wǎng)送東北主網(wǎng)電量164.9億kWh，受東北主網(wǎng)電量118.3億kWh，凈送東北主網(wǎng)電量46.6億kWh。外送電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足黑龍江電網(wǎng)風(fēng)電消納的需求。

c.調(diào)峰因素

風(fēng)資源的隨機(jī)性導(dǎo)致風(fēng)電出力的波動性，為保證電力系統(tǒng)的實時平衡，電網(wǎng)需要留有足夠容量的備用機(jī)組用于平衡風(fēng)電的波動，滿足風(fēng)電并網(wǎng)消納的需要。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)電穿透率較小時，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)可通過調(diào)度火電機(jī)組的出力來實現(xiàn)系統(tǒng)實時平衡。但風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模不斷增加，局部區(qū)域的風(fēng)電出力可能超過負(fù)荷需求[4]。

黑龍江省屬于寒冷地區(qū)，電源結(jié)構(gòu)中供熱機(jī)組占較大比例，因此冬季供暖期間，大批供熱機(jī)組必須持續(xù)運(yùn)行，且供熱機(jī)組調(diào)峰能力明顯下降，風(fēng)電反調(diào)峰特性明顯，受此影響，黑龍江電網(wǎng)的冬季調(diào)峰問題尤為突出，在負(fù)荷低谷時段必須限制風(fēng)電出力，限制了風(fēng)電的消納。

d.配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)因素

由于近幾年風(fēng)電發(fā)展迅速，電網(wǎng)改造往往跟不上風(fēng)電發(fā)展的步伐，風(fēng)電項目建設(shè)周期非常短，首臺機(jī)組的建設(shè)周期通常僅為半年，整個風(fēng)電場全部建成約為1年，而配電網(wǎng)的改造時間根本跟不上風(fēng)電的開發(fā)建設(shè)。由于建設(shè)的不同步，會導(dǎo)致風(fēng)電過于集中，而風(fēng)電場一般處于電網(wǎng)末端，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較薄弱，所以配電網(wǎng)的輸送能力成為風(fēng)電送出的瓶頸。

黑龍江省風(fēng)資源豐富的地區(qū)主要集中在東部的佳木斯、鶴崗、雙鴨山等地以及西部的大慶、齊齊哈爾靠近內(nèi)蒙古一帶。截止2014年底，東部風(fēng)電裝機(jī)占全省總裝機(jī)的71%，西部占22%，所以黑龍江省風(fēng)電場建設(shè)過于集中，導(dǎo)致正常運(yùn)行方式下，風(fēng)電大發(fā)時，由于輸電能力不足導(dǎo)致個別地區(qū)出現(xiàn)棄風(fēng)現(xiàn)象。而在設(shè)備或線路N-1運(yùn)行方式下，棄風(fēng)現(xiàn)象更加嚴(yán)重。所以配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也是限制黑龍江省風(fēng)電消納的因素之一。

2 提高風(fēng)電消納能力的主要措施

歐美國家風(fēng)電發(fā)展經(jīng)驗表明，實現(xiàn)大規(guī)模新能源并網(wǎng)消納的關(guān)鍵在于提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性。黑龍江省電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，燃?xì)?、抽水蓄能等靈活電源比重小，這種電源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)難以得到實質(zhì)性改變，只有通過擴(kuò)大新能源消納范圍，采取適當(dāng)?shù)臈夛L(fēng)管理措施，創(chuàng)新并整合新能源消納技術(shù)措施，才能有效提高消納能力，減少棄風(fēng)。

目前國內(nèi)外對風(fēng)電消納這個普遍存在問題的解決辦法主要包括以下幾個方面。

2.1 制定價格補(bǔ)貼機(jī)制

價格補(bǔ)貼機(jī)制是從引導(dǎo)負(fù)荷用電的角度提高風(fēng)電消納能力，主要體現(xiàn)在兩個方面，一是企業(yè)的用電時間不變，利用價格補(bǔ)貼機(jī)制，以就地消納為主，對使用棄風(fēng)電量的企業(yè)給予用電優(yōu)惠和補(bǔ)貼，引導(dǎo)用電企業(yè)多使用風(fēng)電[5]。目前此方法在國外較為成熟，由于我國有諸多限制因素，短時間內(nèi)實施起來有一定難度，但可以作為促進(jìn)風(fēng)電消納的一個研究方向。另一方面是利用價格補(bǔ)貼機(jī)制，引導(dǎo)企業(yè)的用電時間。風(fēng)電具有反調(diào)峰特性，負(fù)荷低谷恰恰是風(fēng)電大發(fā)時期，如制定價格補(bǔ)貼機(jī)制，引導(dǎo)企業(yè)此時用電，既可以減小用電成本，又能夠促進(jìn)風(fēng)電消納，達(dá)到雙方共贏的目的。

2014年黑龍江省第二產(chǎn)業(yè)和居民生活用電占全社會總用電量分別為64%和20%。由于居民生活用電可調(diào)節(jié)性差，所以可以制定價格補(bǔ)貼機(jī)制，正確引導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷的用電時間，將會對風(fēng)電的消納起到非常重要的作用。

2.2 棄風(fēng)再利用

國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都對棄風(fēng)如何再利用的問題展開了深入研究，總結(jié)來看，較為成熟并可行的方案主要如下。

a.棄風(fēng)電力用于供熱

從能量的角度分析，電能是次生能源，是高品質(zhì)能源，用電能去供熱效率低、能質(zhì)不匹配。所以一般情況下，電能1∶1完全轉(zhuǎn)化為熱能并不可取。但當(dāng)系統(tǒng)中消納不了的風(fēng)電發(fā)電量用于電熱鍋爐來產(chǎn)熱，則完全具備可行性，這也是風(fēng)電供熱的初衷。

冬季供熱期夜間負(fù)荷低谷時段，電網(wǎng)調(diào)峰裕度小，不得不棄風(fēng)。如利用棄風(fēng)電力替代燃煤鍋爐進(jìn)行供熱，可以增加系統(tǒng)的用電負(fù)荷，提高風(fēng)電本地消納能力，本方法是解決負(fù)荷低谷時期風(fēng)電消納難題的重要途徑之一[6]。

目前，棄風(fēng)電力用于供熱項目在技術(shù)上不存在瓶頸問題，主要難點在于項目的經(jīng)濟(jì)性，其涉及到風(fēng)電公司、熱力站、電網(wǎng)公司、熱力公司等多個經(jīng)營主體，影響因素主要包括熱力站投資、棄風(fēng)電價、供熱電價等。國家能源局已經(jīng)在吉林、內(nèi)蒙古等地開展了風(fēng)電供熱試點，部分項目已經(jīng)開始試運(yùn)行。就目前風(fēng)電供熱項目的實施情況來看，如何在各經(jīng)營主體間實現(xiàn)利益平衡是亟待解決的問題。

b.棄風(fēng)電力用于水電解制氫等可中斷負(fù)荷

可中斷負(fù)荷作為需求側(cè)管理的一項重要措施，具有響應(yīng)速度快，能有效調(diào)動用戶互動積極性。在電力系統(tǒng)實際運(yùn)行過程中，一方面，由于負(fù)荷預(yù)測的偏差、風(fēng)電出力的波動性以及發(fā)電機(jī)故障等原因，系統(tǒng)會出現(xiàn)短暫的電量缺額，此時電網(wǎng)公司不僅可以購入部分電力容量，而且還可以中斷部分負(fù)荷來實現(xiàn)電量平衡。另一方面，當(dāng)負(fù)荷低谷時期，風(fēng)電出力過剩，可以啟動部分負(fù)荷來消納這些過剩的風(fēng)電電量，可中斷負(fù)荷的加入對于解決短時電力不平衡，尤其對于提高本地的風(fēng)電消納能力，起到非常重要的作用。

c.建設(shè)特高壓輸電網(wǎng)進(jìn)行跨區(qū)消納

風(fēng)電發(fā)展僅僅靠本地的消納能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，尤其是中國電力資源與負(fù)荷中心不匹配的情況，風(fēng)電基地主要建在“三北”地區(qū)，而負(fù)荷中心卻主要集中在“三華”地區(qū)。而目前，各個大區(qū)之間的電網(wǎng)聯(lián)系還比較薄弱，沒有形成全國統(tǒng)一的大市場和與之相適應(yīng)的聯(lián)網(wǎng)能力。我國“三北”地區(qū)的大型風(fēng)電基地的消納目標(biāo)必須著眼于“三華”電網(wǎng)，靈活利用東中部受端地區(qū)抽水蓄能資源，平抑風(fēng)電波動的影響，這樣才可以盡可能地在送端利用較好的風(fēng)能資源，建設(shè)風(fēng)電場，在受端地區(qū)多建調(diào)峰電源，消納風(fēng)電，從而適應(yīng)未來宏大的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)。因此，加快跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)，并通過構(gòu)建全國電力市場平臺，在全國范圍內(nèi)優(yōu)化配置和調(diào)度靈活調(diào)節(jié)電源，這是解決我國風(fēng)電消納問題的核心舉措。特高壓是解決風(fēng)電消納的有效通道，不光可以解決已存在、投產(chǎn)的存量風(fēng)電消納問題，還可以同時解決未來新建的增量風(fēng)電可能遇到的消納問題。

“十三五”期間，黑龍江電網(wǎng)即將建成特高壓外送華北，此條線路的建成實現(xiàn)了黑龍江電網(wǎng)的跨區(qū)消納，將為提高黑龍江電網(wǎng)消納風(fēng)電發(fā)揮著重要作用。

d.增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰能力

電網(wǎng)的調(diào)峰能力是限制風(fēng)電發(fā)展和消納的關(guān)鍵因素之一[7]，在風(fēng)電大量并網(wǎng)條件下，電網(wǎng)必須具備足夠的調(diào)峰能力，才能平抑風(fēng)電機(jī)組出力波動，保障風(fēng)電及電網(wǎng)可靠運(yùn)行。目前增強(qiáng)措施主要有以下幾個方面：①大力發(fā)展儲能技術(shù)平抑風(fēng)電出力的波動；②建設(shè)抽水蓄能電站，提高系統(tǒng)調(diào)峰能力；③深入挖掘常規(guī)能源發(fā)電企業(yè)的調(diào)峰潛力，為風(fēng)電上網(wǎng)提供更多空間。

基于黑龍江電網(wǎng)目前的情況、負(fù)荷水平以及電源結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力最實際的方法就是兼顧經(jīng)濟(jì)性的同時，繼續(xù)深入挖掘常規(guī)能源發(fā)電的最小出力，尤其是供熱機(jī)組，由于供熱系統(tǒng)具有熱時滯性，所以可保證居民供熱的同時深入挖掘供熱機(jī)組的調(diào)峰能力。

3 結(jié)束語

黑龍江省風(fēng)電裝機(jī)總量居全國前列，消納問題也比較突出，本文對影響消納的主要因素進(jìn)行詳細(xì)分析，并總結(jié)了目前比較實用的提高消納能力的措施。這些措施的實施需要常規(guī)發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、風(fēng)電公司以及政府相關(guān)主管部門的共同努力，涉及到的利益主體眾多，在某種程度上存在此消彼長的矛盾性，所以需要平衡好各方利益，才能從根本上解決黑龍江電網(wǎng)風(fēng)電消納的問題。

[1] 謝國輝，樊 昊．東北地區(qū)風(fēng)電運(yùn)行消納形勢及原因分析[J]．中國電力，2014，47(10)：152-155．

[2] 劉德偉，黃越輝，王偉勝，等．考慮調(diào)峰和電網(wǎng)輸送約束的省級系統(tǒng)風(fēng)電消納能力分析[J]．電力系統(tǒng)自動化，2011，35(22)：77-81．

[3] 孫榮富，張 濤，梁 吉．電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的評估及應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)自動化，2011，35(4)：70-76．

[4] 于海洋，呂鳴鏑，周衛(wèi)東，等．基于調(diào)峰裕度分析的電網(wǎng)風(fēng)電消納能力研究[J]．東北電力技術(shù)，2016，37(7)：26-28.

[5] Kristin Dietrich,Florian Leuthold,Hannes Weight.Will the Market Get it Right?-The Placing of New Power Plantsin Germany[C].Leven:2009CIGRE/IEEEPES International Conferenceon the European Energy Market,EEM 2009,2009,1-10.

[6] 邢振中，冷 杰，張永興，等．火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰研究[J]．東北電力技術(shù)，2014，35(4)：18-23.

[7] 楊冬鋒，周蘇荃，鮑 鋒．風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)低谷時段的調(diào)峰能力分析[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2014,38(6)：1 446-1 451．

Influencing Factors of Wind Power Absorptive Capacity in Heilongjiang Grid and Improving Research Measures

ZHAO Jun

(State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.，Harbin，Heilongjiang 150030，China)

Wind power consumptive issue is not only the main problem faced by the Heilongjiang provincial power grid，but also is the problem of Chinese and world wide. In this paper，the main factors affect the Heilongjiang provincial power grid wind power consumptive capacity analysis from multiple angles and summarize the effective measures to enhance domestic and international wind power consumptive ability.It has great reference significance to the healthy development of wind power in Heilongjiang province.

power; wind power; absorptive capacity; peaking; measures

TM614

A

1004-7913(2017)04-0021-03

趙 君(1964)，男，碩士，高級工程師，從事電力系統(tǒng)分析與運(yùn)行工作。

2017-01-20)