隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人類(lèi)對(duì)能源的需求越來(lái)越大?，F(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油等化石能源占有很大比重，但化石能源作為不可再生能源其儲(chǔ)量有限，而且其燃燒和利用過(guò)程還會(huì)污染環(huán)境并排放溫室氣體。能源危機(jī)和環(huán)境污染是全人類(lèi)面臨的共同問(wèn)題。

在有限的資源利用和嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)的雙重制約下實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展，立足于科技進(jìn)步，調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用清潔可再生能源已成為全球共識(shí)。但隨著新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)，我國(guó)局部地區(qū)消納矛盾逐漸凸顯，出現(xiàn)了棄風(fēng)、棄光問(wèn)題，引起社會(huì)各界的關(guān)注。

青海省依托豐富的太陽(yáng)能風(fēng)能資源等大力發(fā)展光伏風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，初步形成了較為完整的光伏風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，根據(jù)青海省電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，2020年累積并網(wǎng)光伏風(fēng)電容量將分別達(dá)到1400萬(wàn)kW和760萬(wàn)kW。目前，青海全省光伏風(fēng)電主要集中在海南、海西地區(qū)，截至2016年底，電源總裝機(jī)容量為2302萬(wàn)kW，其中光伏發(fā)電并網(wǎng)容量達(dá)682萬(wàn)kW，風(fēng)電并網(wǎng)容量達(dá)68萬(wàn)kW。

由于新能源發(fā)電出力具有波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性，大規(guī)模的新能源發(fā)電接入電網(wǎng)后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰、無(wú)功電壓和暫態(tài)穩(wěn)定性都帶來(lái)一定的影響。同時(shí)，由于新能源（風(fēng)電和光伏發(fā)電）發(fā)電出力的不確定性、反調(diào)峰性，大規(guī)模新能源并網(wǎng)后要求電力系統(tǒng)留有更多的備用電源和調(diào)峰電源。

本文基于光伏風(fēng)電消納能力，分析不同負(fù)荷水平及不同外送曲線對(duì)光伏風(fēng)電消納能力的影響，并根據(jù)風(fēng)電發(fā)電特性、光伏發(fā)電特性及風(fēng)光互補(bǔ)特性，提出基于新能源消納能力的優(yōu)先發(fā)展光伏、優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電及尋找風(fēng)光最優(yōu)配比的風(fēng)電光伏發(fā)展策略，指出一種探索電網(wǎng)新能源消納能力最大的方法，并結(jié)合青海電網(wǎng)新能源發(fā)展策略進(jìn)行分析和計(jì)算。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 光伏風(fēng)電出力特性

光伏出力較大時(shí)段主要集中在11:00—16:00，典型日出力曲線如圖1所示。若優(yōu)先發(fā)展光伏，光伏開(kāi)發(fā)超過(guò)一定規(guī)模時(shí)，將加重電網(wǎng)中午時(shí)段棄電現(xiàn)象。

圖1 光伏典型日出力曲線

風(fēng)電出力具有一定間歇性、隨機(jī)性，呈現(xiàn)夜間出力大，白天出力小的特點(diǎn)，典型日出力曲線如圖2所示。若優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電，風(fēng)電開(kāi)發(fā)超過(guò)一定規(guī)模時(shí)，將加重電網(wǎng)夜間小負(fù)荷時(shí)段的棄電現(xiàn)象。

圖2 風(fēng)電典型日出力曲線

光伏與風(fēng)電之間具有一定的互補(bǔ)性，風(fēng)光出力疊加后最大出力系數(shù)及日最大峰谷差較光伏有所下降，平滑了新能源出力的波動(dòng)性，降低對(duì)負(fù)荷的負(fù)效應(yīng)，因此，需充分發(fā)揮光伏風(fēng)電互補(bǔ)特性，尋找風(fēng)光最優(yōu)配比，達(dá)到消納新能源規(guī)模最大的目標(biāo)。風(fēng)光互補(bǔ)后出力曲線如圖3所示。

圖3 風(fēng)光互補(bǔ)后出力曲線

1.2 水電優(yōu)化調(diào)度曲線

新能源規(guī)模較大省份，為配合新能源運(yùn)行，在光伏電站發(fā)電出力較大的時(shí)段11:00—16:00，水電站降低出力為光伏調(diào)峰運(yùn)行，其余時(shí)間水電大發(fā)以平衡負(fù)荷。水電優(yōu)化調(diào)度曲線如圖4所示。

圖4 水電優(yōu)化調(diào)度曲線

1.3 電力電量需求及負(fù)荷特性分析

青海電網(wǎng)某連續(xù)三年全社會(huì)用電量分別為675億kW?h、711億kW?h、779億kW?h，年均增長(zhǎng)率5.0%；全社會(huì)最大用電負(fù)荷分別為8800MW、10016MW、10966MW，年均增長(zhǎng)率6.4%。青海電網(wǎng)年負(fù)荷特性曲線及日負(fù)荷特性曲線分析結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 青海電網(wǎng)年負(fù)荷特性曲線

2 基于時(shí)序生產(chǎn)運(yùn)行仿真的新能源消納能力計(jì)算模型（略）

3 基于新能源消納能力的光伏風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化策略研究

3.1 研究思路

本文研究思路如圖7所示。首先根據(jù)新能源規(guī)劃開(kāi)發(fā)規(guī)模及布局，分析新能源消納情況。若新能源棄電率不滿足要求，基于生產(chǎn)模擬運(yùn)行仿真，研究?jī)?yōu)先發(fā)展風(fēng)電、優(yōu)先發(fā)展光伏及尋找風(fēng)光最優(yōu)配比三種發(fā)展策略下新能源消納能力，并基于新能源消納能力最大推薦逐年新能源并網(wǎng)規(guī)模優(yōu)化方案，最后進(jìn)行網(wǎng)架適應(yīng)性校核。

3.2 青海電網(wǎng)規(guī)劃新能源消納情況分析

根據(jù)規(guī)劃新能源發(fā)展策略，青海電網(wǎng)連續(xù)3年新能源棄電率/棄電量分別為12.42%/18.2億kW?h、18.48%/42.88億kW?h、16.96%/50.53億kW?h。不滿足新能源棄電率不超過(guò)7%要求，因此，為保證新能源有序發(fā)展、有效接納，需開(kāi)拓省外受電市場(chǎng)或優(yōu)化新能源開(kāi)發(fā)方案。

圖7 研究思路框圖

表1 連續(xù)3年新能源消納情況分析

3.3 不同負(fù)荷水平對(duì)青海電網(wǎng)新能源消納情況影響分析

考慮負(fù)荷水平較規(guī)劃水平降低了5%，導(dǎo)致新能源消納情況更加嚴(yán)峻，此時(shí)青海電網(wǎng)新能源棄電率/棄電量分別為17.35%/25.4億kW?h、28.1%/65.1億kW?h、23.1%/68.7億kW?h。

3.4 不同外送曲線對(duì)青海電網(wǎng)新能源消納情況影響分析

若考慮將新安排新能源全部消納，需開(kāi)拓省外受電市場(chǎng)。第一年外送電量方案已確定，此時(shí)青海電網(wǎng)新能源棄電率/量為12.42%/18.2億kW?h；第二年為將新能源棄電率控制在7%，建議外送電量增加至76億kW?h，此時(shí)新能源棄電率/量為7.02%/16.28億kW?h；第三年為將新能源棄電率控制在7%，建議外送電量增加至67億kW?h，此時(shí)新能源棄電率/量為7.04%/20.98億kW?h，全省最大外送電力約890萬(wàn)kW。

表2 青海負(fù)荷水平降低5%新能源消納情況分析

表3 優(yōu)化外送電量方案時(shí)新能源消納情況分析

3.5 基于新能源消納能力的光伏風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化策略研究

基于2.1節(jié)提出的光伏、風(fēng)電及風(fēng)光互補(bǔ)特性，同時(shí)為將新能源棄電率限制在7%以內(nèi)，提出了優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電、優(yōu)先發(fā)展光伏及風(fēng)光最優(yōu)配比原則對(duì)新能源并網(wǎng)方案進(jìn)行優(yōu)化。

方案一：優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電。第一年無(wú)新增裝機(jī)；第二年可消納風(fēng)電140萬(wàn)kW；第三年可消納風(fēng)電共424萬(wàn)kW，此外可消納光伏70萬(wàn)kW。

表4 新能源并網(wǎng)規(guī)模優(yōu)化方案一

方案二：優(yōu)先發(fā)展光伏。第一年無(wú)新增裝機(jī)；第二年可消納光伏135萬(wàn)kW；第三年可消納光伏共245萬(wàn)kW，剩余33萬(wàn)光伏無(wú)法消納。

表5 新能源并網(wǎng)規(guī)模優(yōu)化方案二

方案三：尋找風(fēng)光最優(yōu)配比。通過(guò)青海電網(wǎng)生產(chǎn)模擬運(yùn)行仿真研究，在保持風(fēng)光總裝機(jī)不變的前提下，逐漸降低風(fēng)電裝機(jī)、增加同等量的光伏裝機(jī)，當(dāng)?shù)诙?、第三年全省風(fēng)光比例分別為1:3.7、1:1.3時(shí)，此時(shí)新能源棄電率最小。即該風(fēng)光配比方案下，新能源消納能力最大。

圖8 第二年風(fēng)光不同配比下青海電網(wǎng)棄電率

圖9 第三年風(fēng)光不同配比下青海電網(wǎng)棄電率

表6 新能源并網(wǎng)規(guī)模優(yōu)化方案三

因此，建議第一年不新增新能源裝機(jī)；第二年可消納新增風(fēng)電120萬(wàn)kW、光伏30萬(wàn)kW；第三年可消納風(fēng)電共444萬(wàn)kW，此外可消納光伏40萬(wàn)kW。

綜合以上三種新能源發(fā)展策略，可探索出電網(wǎng)新能源消納能力最大的方案，即尋找風(fēng)光最優(yōu)配比方案。

結(jié)論

1）電網(wǎng)不同負(fù)荷水平或外送曲線直接影響電網(wǎng)新能源消納能力。

2）基于新能源消納能力，提出通過(guò)尋找風(fēng)光最優(yōu)配比，可探索出電網(wǎng)新能源消納能力最大的風(fēng)光發(fā)展策略，為后續(xù)全國(guó)新能源并網(wǎng)規(guī)模及配比方案提出指導(dǎo)性意見(jiàn)及思路，避免大量的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象發(fā)生。