破解新型電力系統(tǒng)構(gòu)建“壓軸題”

目前，新疆電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出“新能源占比高、火電自備電廠占比高，供熱機組占比高，可調(diào)節(jié)電源少”的特點，既面臨疆內(nèi)電力、直流外送可靠供應(yīng)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行壓力大的問題，又面臨新能源消納配套支撐能力短缺、電網(wǎng)投資需求大的困境。

為落實新疆能源基地開發(fā)與外送建設(shè)，在過去五年，新疆新能源消納支撐能力大幅提升，國網(wǎng)新疆電力有限公司（簡稱“新疆電力”）交出了極其亮眼的成績單：“十三五”期間累計電網(wǎng)投資735億元，建成世界首條±1100千伏直流工程，750千伏骨干網(wǎng)架覆蓋全疆所有地州市，形成“內(nèi)供四環(huán)網(wǎng)、外送四通道”主網(wǎng)架格局，新能源并網(wǎng)消納支撐能力大幅提升。深化新能源云平臺建設(shè)應(yīng)用，全面提升新能源企業(yè)并網(wǎng)接入和補貼申報效率，累計接入新能源場站578座。全力做好新能源交易組織工作，積極拓展自備電廠綠電交易規(guī)模，不斷擴大新能源消納空間。服務(wù)新疆新能源裝機達到3583萬千瓦，位居全國第四、西北第一，占比超過總裝機的三分之一。“十三五”累計消納新能源電量2303億千瓦時，較“十二五”增長3.35倍，利用率提升28.1%。2021年上半年消納新能源電量374億千瓦時，同比增長3.7%，利用率達到93.7%，有力推動新疆能源轉(zhuǎn)型發(fā)展。

“按照國家電網(wǎng)有限公司碳達峰、碳中和行動方案部署，新疆電力將努力在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)實踐中先行示范，為建設(shè)新時代中國特色社會主義新疆提供堅強電力保障。”接受記者采訪時，新疆電力董事長、黨委書記謝永勝表示。在推進能源轉(zhuǎn)型、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)實踐過程中，如何充分發(fā)揮好電網(wǎng)樞紐作用，把控新能源發(fā)展步伐，以技術(shù)、管理和機制創(chuàng)新三輪驅(qū)動，確保新能源消納不出現(xiàn)“卡脖子”問題，是新疆電力孜孜以求的長期目標(biāo)，也是南疆地區(qū)作為國家電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)“試驗田”務(wù)必按期高質(zhì)量完成的“必選題”。

新能源消納之難，源于多元因素疊加

9月的喀什陽光依然明媚，走進中廣核英吉沙光伏電站發(fā)電側(cè)儲能試點項目，記者一行發(fā)現(xiàn)了普通光伏電站沒有的“超大號充電寶”——一排排磷酸鋰鐵電池。上述項目正是用于保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、解決電力電量平衡困難、提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的新型儲能項目。“在電網(wǎng)公司引導(dǎo)配上儲能項目后，去年光伏電站利用小時數(shù)達到1320小時，比前幾年都高，而且根據(jù)新疆的政策，我們每年還能額外獲得100小時的發(fā)電量。”該電站站長劉亮山如是說。

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，解決新能源并網(wǎng)消納及支撐難題是一道繞不過的彎。消納之難，究其根本，源于區(qū)域特點、新能源特性、網(wǎng)架制約、源荷不匹配、調(diào)峰資源有限等多元因素的疊加。新疆新能源棄電率于2016年曾高達37%，一度被國家能源局列入新能源消納紅色預(yù)警區(qū)。消納之難，難于上青天！

消納難，源于新疆區(qū)域特點。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)來看，新疆屬于資源型區(qū)域，經(jīng)濟發(fā)展依賴資源。新疆高載能行業(yè)占一半以上，是能耗強度和碳排放強度主要貢獻力量，加上新疆本身是能源資源大省，用能成本有一定優(yōu)勢，新疆電網(wǎng)屬于典型的大送端，除滿足自身用能需求外還有大量外送電需求。新疆能源電力降碳減排任務(wù)格外艱巨，電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜多元、負(fù)荷相對分散、電網(wǎng)可調(diào)節(jié)資源偏少，這都是新疆短期內(nèi)無法改變的區(qū)域特點。

外送電的最大經(jīng)濟半徑約為2500千米，以新疆省會為圓心，畫一個半徑2500千米的圓，僅僅能抵達河南省、四川省和安徽省的一部分，新疆外送電并不占地理優(yōu)勢。“新疆電網(wǎng)屬于末端電網(wǎng)，其他省份可以通過省間多個電網(wǎng)互聯(lián)通道實現(xiàn)電力互濟，但新疆與西北聯(lián)網(wǎng)交流通道主要用于支撐特高壓直流外送穩(wěn)定運行，互濟作用較為有限。”新疆電力經(jīng)濟研究院企業(yè)管理與戰(zhàn)略研究中心副主任李海峰分析說，“由于新疆地域?qū)嵲谔|闊，負(fù)荷密度低，新能源匯集成本高，外送電受距離限制，沙漠、泥石流等特殊地理氣候增大了設(shè)備運維難度，這些都是我們不得不面對的挑戰(zhàn)。”

消納難，源自電源電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及電源、電網(wǎng)建設(shè)配套難以同步。電網(wǎng)方面，新疆除國家電網(wǎng)外還有兵團電網(wǎng)、石油系統(tǒng)自用電網(wǎng)等，市場主體多元、情況復(fù)雜，但承擔(dān)新能源消納的重?fù)?dān)全落在了國網(wǎng)新疆電力肩上。為滿足新能源大規(guī)模并網(wǎng)，亟須加快各級電網(wǎng)工程和新能源送出工程建設(shè)，源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)建設(shè)和運營成本都將增加，系統(tǒng)成本被逐步推高。

目前，新疆電網(wǎng)正處于快速發(fā)展階段，同時農(nóng)網(wǎng)改造、鄉(xiāng)村振興等政策類民生類項目需求多，加之新能源大規(guī)模發(fā)展，導(dǎo)致新疆電網(wǎng)投資急劇增加，以70萬千瓦火電來測算，同等電量效應(yīng)情況下對應(yīng)新能源裝機175萬千瓦，涉及的送出工程投資增加1.6億元。2020年新疆電力資產(chǎn)負(fù)債率64.27%，已接近資產(chǎn)負(fù)債率紅線指標(biāo)，持續(xù)高強度投資能力有限。同時為解決高比例新能源接入電力系統(tǒng)帶來的穩(wěn)定運行問題，需要配套建設(shè)大量的儲能、抽水蓄能電站等調(diào)節(jié)性電源，急劇增加系統(tǒng)綜合供電成本。以新疆“十四五”電力規(guī)劃為例，為支撐新增4000萬千瓦新能源需要配套建設(shè)450萬千瓦/2小時的儲能項目，僅儲能設(shè)施就增加系統(tǒng)成本81億元。新疆電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布局優(yōu)化難度較大，跨區(qū)跨省輸電通道要與配套電源同步規(guī)劃、同步建設(shè)、同步投產(chǎn)，才能實現(xiàn)社會效益的最大化，這其中電網(wǎng)要扮演項目推動者、“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同者、政企之間溝通協(xié)調(diào)者、工程進度節(jié)奏把控者的角色，其責(zé)任重大。

消納難，還源自網(wǎng)架制約、源荷不匹配、調(diào)峰資源有限等其他因素。無論過去還是現(xiàn)在，新疆都存在新能源送不出去，或新能源電力發(fā)得出、送得出但卻用不了的問題。“歸根結(jié)底，新能源消納就是用和送的問題，要以內(nèi)用和外送為落腳點，著力解決網(wǎng)架制約問題、電網(wǎng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定運行問題，以及源荷之間的匹配問題。”據(jù)新疆電力經(jīng)研院能源發(fā)展研究中心副主任陳偉偉介紹，“‘十四五’我們針對新能源消納全環(huán)節(jié)，包括規(guī)劃、建設(shè)、運行、調(diào)度、交易等進行優(yōu)化，例如規(guī)劃上結(jié)合負(fù)荷和電量的發(fā)展情況來分析和測算消納情況，引導(dǎo)電源企業(yè)在消納情況良好、電網(wǎng)又有覆蓋的地方布局建設(shè)新電源。”

據(jù)新疆電力發(fā)展策劃部副主任張鋒介紹，調(diào)峰資源或者說調(diào)節(jié)性資源就是以效率的犧牲換取系統(tǒng)的安全，不管如何搭配，都會推高系統(tǒng)的成本。因此，本著社會效益最大化的原則，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展和選用投入產(chǎn)出比高的調(diào)節(jié)性資源。比如新疆和北京有時差，部分地方甚至存在4個小時的時差，這個時差范圍內(nèi)造成的源荷網(wǎng)互補量巨大，如果能加強兩地聯(lián)系實現(xiàn)更多的外送，對全國新能源的消納是一本萬利的事情?？偟膩碚f，新疆電力將優(yōu)先從電網(wǎng)側(cè)挖潛，優(yōu)先使用綜合投資小、儲能時序空間跨度大、穩(wěn)定可靠的調(diào)節(jié)資源和技術(shù)。

新疆新能源并網(wǎng)消納支撐能力節(jié)節(jié)攀升

據(jù)媒體報道，針對“雙碳”目標(biāo)，新疆“十四五”電力發(fā)展目標(biāo)與任務(wù)是：力爭到“十四五”末，全區(qū)可再生能源裝機規(guī)模達到8240萬千瓦，建成全國重要的清潔能源基地。

“新疆新能源棄電率由2016年歷史最高值37%降低至今年8月的6.1%，新能源消納預(yù)警由紅轉(zhuǎn)橙。新能源送出受阻情況大大減少、消納形勢持續(xù)向好，利用效率顯著提升。”陳偉偉介紹說。

新能源消納預(yù)警由紅轉(zhuǎn)橙意味著存量消納問題得到初步解決，新的項目核準(zhǔn)得以放開。這一重要轉(zhuǎn)變的背后，是國網(wǎng)新疆電力鍥而不舍地加強電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)、推進本地消納和電力外送相結(jié)合、增加調(diào)節(jié)能力。

電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進，這項擁有四項世界之最的電力超級工程正是“十三五”期間建成投運、國家實施“疆電外送”的第二條特高壓輸電工程——昌吉-古泉±1100千伏特高壓直流輸電工程。截至目前，新疆電力以烏魯木齊為中心，向東西南北四個方向延伸的750千伏骨干網(wǎng)架覆蓋了全疆所有地州市，形成“內(nèi)供四環(huán)網(wǎng)、外送四通道”主網(wǎng)架格局，新能源并網(wǎng)消納支撐能力大幅提升。未來，南疆還有望先行試點應(yīng)用柔性直流輸電技術(shù)，各電壓等級網(wǎng)架建設(shè)將進一步完善，一切的工作都將圍繞消納更多新能源電量展開。

9月19日，在新疆莎車—和田Ⅱ回750千伏輸電線路工程現(xiàn)場，施工人員正抓緊架設(shè)線路。上述工程是新疆重點民生工程之一，也新疆電力“煤改電”系列工程之一。工程投運后將大幅提升南疆電網(wǎng)供電能力與可靠性。2019年以來，新疆電力聚焦南疆“煤改電”一期工程目標(biāo)任務(wù)，加快配套電網(wǎng)工程建設(shè)。目前，90%以上的配套電網(wǎng)工程已投運。工程投運后，南疆三地州89.2萬戶居民“伐薪取暖、燃煤取暖”徹底成為“老黃歷”，這也拓寬了新能源的消納渠道。未來，南疆還有望先行試點“光伏+取暖”“新能源+農(nóng)業(yè)”“共享儲能”等新業(yè)態(tài)、新模式，為新型電力系統(tǒng)示范區(qū)的建設(shè)充當(dāng)“引路人”。

“十四五”時期，如何才能實現(xiàn)新能源資源最大化開發(fā)？新疆電力經(jīng)研院黨委書記、副院長韓剛表示，一是要從建設(shè)的角度出發(fā)，新疆電力將進一步完善主網(wǎng)架，提升關(guān)鍵送出通道的輸送能力，包括提升新能源匯集能力、斷面送受電能力和電網(wǎng)補強等。二是從市場的角度出發(fā)，首先是內(nèi)用，盡可能挖掘疆內(nèi)電力消納能力，借助“電氣化新疆”行動，提高能源終端用戶的電氣化比例，推廣電動汽車、清潔采暖、煤改電等，把疆內(nèi)自身的消納潛力發(fā)揮出來，保障內(nèi)用的基礎(chǔ)上擴大疆電外送，通過特高壓直流不斷擴展新能源消納市場。三是從交易機制的角度出發(fā)，探索新能源替代、綠電交易、發(fā)電權(quán)替代等交易手段，通過多元化的交易手段對市場進行深度挖掘。四是從調(diào)度的角度出發(fā)，尋找源網(wǎng)荷儲最優(yōu)的運行平衡點，將年度、季度、月度、日前計劃等進行排列組合，為新能源再拓寬一部分消納空間。

另一方面，如何實現(xiàn)新能源的安全高效利用？韓剛認(rèn)為，一是靠調(diào)峰能力的補足，例如進一步推進疆內(nèi)火電靈活性改造，盡可能發(fā)揮電網(wǎng)調(diào)峰能力，增加新能源電量，由于疆內(nèi)存量火電尚有大量未進行靈活性改造的機組，綜合考慮穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和安全性，這是提高調(diào)峰能力的優(yōu)先選項。同時擴大全疆可調(diào)節(jié)能力的資源庫，推廣試點應(yīng)用可中斷負(fù)荷、需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠等，提高負(fù)荷對電源出力的互動性與匹配度，新能源消納水平會進一步提高。二是完善和理順“政策體制”，出臺源網(wǎng)荷儲系列配套政策，完善關(guān)鍵體制機制，健全價格體系，按照“誰受益、誰承擔(dān)”原則，由各市場主體共同承擔(dān)轉(zhuǎn)型成本。三是探索推動“新能源+儲能+調(diào)相機”的發(fā)展模式，推動重大關(guān)鍵技術(shù)在疆落地實踐，給新能源消納提供創(chuàng)新的土壤。

總體而言，新能源消納是一道涉及“源網(wǎng)荷儲”全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)性、社會性、綜合性的“壓軸題”，解題過程中電網(wǎng)企業(yè)將擔(dān)當(dāng)“主筆”，一方面要“打鐵還需自身硬”，采取技術(shù)升級、提升輸送能力、優(yōu)化調(diào)度等措施，持續(xù)提升新能源并網(wǎng)消納能力；另一方面又要做到“天時地利人和”，“天時”即把準(zhǔn)新能源發(fā)展步伐，“地利”即合理優(yōu)化配置電源結(jié)構(gòu)布局，爭取實現(xiàn)新能源更大范圍內(nèi)消納，“人和”即建立和完善暢通無阻的“源網(wǎng)荷儲”多元協(xié)調(diào)機制，最終交出一份新能源消納利用更加靈活、清潔能源發(fā)展更加迅速、綠色電力應(yīng)用更加廣泛的“滿分答卷”。

本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2021年09期，作者鄧卓昆系本刊記者，李易峰系本刊特約撰稿人