本刊|曹宏源

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蒙電消納樣本剖析

本刊|曹宏源

46.77%，這是今年4月16日，蒙西電網(wǎng)新能源最大電力在全網(wǎng)實時發(fā)電出力中的比重，也一舉創(chuàng)下了國內(nèi)的新紀(jì)錄。對于這一新極值，卻肯定與質(zhì)疑聲音并存。有觀點認(rèn)為，在棄風(fēng)棄光未解決的情況下，衡量瞬時電力中新能源的比重實際意義不大；也有觀點認(rèn)為：這為高比例可再生能源的實踐探索了路徑，意義值得肯定。真相究竟如何，為此記者走進(jìn)了蒙西電網(wǎng)。

特定條件下的紀(jì)錄

“今年的來風(fēng)情況不好，較往年整體下降了10%以上?！眱?nèi)蒙古電力集團(tuán)公司電力調(diào)度中心主任侯佑華告訴《風(fēng)能》雜志記者，事實上，早在3月份該公司就想進(jìn)行這樣的嘗試，在做了大量的分析工作后，4月中旬創(chuàng)下了新能源瞬時電力比重的新極值。

數(shù)據(jù)顯示，4月16日，內(nèi)蒙古電網(wǎng)（蒙西電網(wǎng)）新能源單日發(fā)電量超過2億千瓦時，新能源最大電力達(dá)到1156萬千瓦，占比達(dá)到全網(wǎng)實時發(fā)電出力的46.77%，其中風(fēng)電最大發(fā)電負(fù)荷突破1000萬千瓦，達(dá)到1038萬千瓦，最大占比達(dá)到全網(wǎng)實時出力的42.02%。

為何會在這一時段進(jìn)行這樣的嘗試？據(jù)內(nèi)蒙古電力相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，主要有兩個方面的原因，隨著供熱期的結(jié)束，火電機組的運行安排方式可以更靈活一些，為消納新能源提供空間。另外，春季正好是內(nèi)蒙古地區(qū)來風(fēng)較好的季節(jié)，為風(fēng)電大發(fā)提供了條件。

業(yè)內(nèi)有觀點認(rèn)為，瞬時電力甚至是較短的一段時間內(nèi)，新能源的比重達(dá)到50%對于電網(wǎng)并非是一件很難的事情，只要有足夠的火電開機容量進(jìn)行調(diào)峰即可，在較長時間段內(nèi)實現(xiàn)新能源的高比例消納才更有意義。

6月17日0時至23日24時，在青海進(jìn)行的另一次關(guān)于高比例可再生能源消納的嘗試也創(chuàng)造了一項新紀(jì)錄。在168個小時內(nèi)，青海電網(wǎng)實現(xiàn)了全部可再生能源供電，其中水電為78.3%，剩余的 21.7%則為新能源。

國家電網(wǎng)青海省電力公司副總經(jīng)理韓悌表示，以全部清潔能源對一個省份連續(xù)7天供電在全國尚屬首次，對全國范圍內(nèi)促進(jìn)清潔能源發(fā)展與消納具有良好的示范作用。青海僅依靠光伏、風(fēng)電和水電實現(xiàn)連續(xù)7天清潔能源供電，意義更為重大，為真正100%清潔能源供電。

國家可再生能源中心主任王仲穎認(rèn)為，青海的做法在技術(shù)上完全沒有問題，其中一個重要原因是電網(wǎng)本身的用電負(fù)荷比較小，試驗過程中需要西北電網(wǎng)在周圍其他省份調(diào)度和調(diào)峰上的配合。

清華大學(xué)電機系副主任魯宗相接受《風(fēng)能》記者采訪時表達(dá)了他的觀點：必須承認(rèn)新能源的創(chuàng)紀(jì)錄表現(xiàn)是在特定時期、特定地理條件等因素的共同作用下實現(xiàn)的，也離不開電網(wǎng)公司在新能源消納方面所做的努力。

高比例帶來的新挑戰(zhàn)

內(nèi)蒙古電力集團(tuán)有限公司（蒙西電網(wǎng)）承擔(dān)著內(nèi)蒙古自治區(qū)西部八個盟市的供電任務(wù)，服務(wù)人口超過1380萬人，所轄區(qū)域內(nèi)風(fēng)電資源和太陽能資源非常豐富，也是我國最早開發(fā)新能源的地區(qū)之一。

數(shù)據(jù)顯示，截至2016年底，蒙西地區(qū)總裝機容量為6400萬千瓦，其中火電為4020萬千瓦，水電（含抽水蓄能電站）180萬千瓦，風(fēng)電1616萬千瓦，光伏567萬千瓦。風(fēng)電占全網(wǎng)發(fā)電裝機容量的25%，新能源則占到了總裝機總量的38%。

“近十年蒙西地區(qū)新能源裝機年均增長都在20%以上，已從之前常規(guī)火電機組的補充，變?yōu)閮H次于火電的主力電源，其地位的大幅提升對傳統(tǒng)的調(diào)度計劃制定方式和保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提出了挑戰(zhàn)和新要求。”內(nèi)蒙古電力相關(guān)負(fù)責(zé)人說。

記者了解到，從2008年蒙西電網(wǎng)風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)運行開始，內(nèi)蒙古電力公司就以可觀、可控、可預(yù)測為目標(biāo)，經(jīng)過8年多的時間建立起了國內(nèi)首個具有多項自主核心技術(shù)、引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新能源調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)。

“經(jīng)過在實際運行中的不斷完善，目前該系統(tǒng)已成為具備集新能源發(fā)電監(jiān)視、發(fā)電功率預(yù)測、風(fēng)電光伏的自動發(fā)電控制（風(fēng)光AGC）、自動電壓控制（AVC）、棄風(fēng)電量統(tǒng)計、運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能于一體的綜合系統(tǒng)，通過有效技術(shù)手段提高內(nèi)蒙古電網(wǎng)的新能源接納水平?！眱?nèi)蒙古電力調(diào)度中心副主任朱長勝全程負(fù)責(zé)并見證了這套體系的建成。

記者在該公司調(diào)度中心看到，蒙西地區(qū)每一臺機組地區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向等風(fēng)況信息及機組運行電壓、電流、功率、頻率等運行數(shù)據(jù)都可以實時在大屏幕上顯示，系統(tǒng)對風(fēng)電、光伏未來出力的預(yù)測曲線也可以完整呈現(xiàn)出來。

“當(dāng)初我們做這套系統(tǒng)的時候，業(yè)內(nèi)還有質(zhì)疑聲音，認(rèn)為大電網(wǎng)的調(diào)度中心有必要控制每臺風(fēng)電機組嗎？是否有些大材小用？” 朱長勝介紹說，通過近10年的運行，他們在對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，已經(jīng)基本上掌握了網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電、光伏發(fā)電的運行特征，加之與自治區(qū)氣象局的密切配合，可以實現(xiàn)更精準(zhǔn)預(yù)測，從而為化解網(wǎng)內(nèi)新能源的波動性問題提供了重要支撐。

此外，該公司還確立了以“同區(qū)域、同類型機組發(fā)電利用小時數(shù)大體相當(dāng)”為核心內(nèi)容的“三公調(diào)度”原則，并加大信息公開，加強廠網(wǎng)之間的信息交互，以增強廠網(wǎng)之間的理解配合，得到了自治區(qū)政府、各風(fēng)電企業(yè)及能監(jiān)辦等單位的肯定和認(rèn)可。

“4月16日創(chuàng)下的紀(jì)錄，其實是我們多年在推動新能源消納方面所做的工作的一個具體體現(xiàn)，也是一個必然，從側(cè)面印證了內(nèi)蒙古電網(wǎng)具備了高水平、大規(guī)模運行管理風(fēng)電的能力，今后也還要按照這樣的思路去做?！敝扉L勝補充說，當(dāng)時的網(wǎng)內(nèi)調(diào)度除了抽水蓄能電站參與調(diào)峰外，火電是按照額定功率50%進(jìn)行的調(diào)峰，在沒有達(dá)到火電調(diào)峰補償?shù)臈l件下，充分考慮了經(jīng)濟(jì)性的問題。

回顧蒙西電網(wǎng)的幾次創(chuàng)紀(jì)錄表現(xiàn)：2010年新能源出力首次突破全網(wǎng)發(fā)電出力的20%，2013年達(dá)到30%，2015年為33.88%，2016年這一數(shù)值則為38.34%。新能源接納的上限究竟是多少？業(yè)界的討論從未停止過。從新能源發(fā)展初期的10%、20%，再到當(dāng)前的接近50%，理論的猜測不停在實踐中被突破。

表1 蒙西電網(wǎng)近三年及2017年上半年新能源消納相關(guān)數(shù)據(jù)

唯外送可破長期消納難題

2016年，蒙西電網(wǎng)風(fēng)電年利用小時數(shù)為1967，比國家發(fā)展改革委、國家能源局規(guī)定的最低保障收購年利用小時數(shù)少37小時。光伏發(fā)電年利用小時數(shù)為1476，差24小時就完成了國家最低要求。也因此，內(nèi)蒙古被列入了新能源項目的紅色預(yù)警區(qū)，不得新建相關(guān)新能源項目。

“去年我們盡力了，最后的結(jié)果就差那一點點?！?侯佑華對于沒有完成目標(biāo)有些遺憾，“去年6月份國家下達(dá)了新能源保障小時數(shù)的目標(biāo)，而電網(wǎng)調(diào)度的目標(biāo)往往是在年初安排的，所以時間上有個差。下半年我們也盡全力在消納新能源，但隨著11月份內(nèi)蒙古進(jìn)入供暖期后，大規(guī)模消納風(fēng)電的客觀條件已經(jīng)不允許了?！?/p>

內(nèi)蒙古電力相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，內(nèi)蒙古電網(wǎng)在消納新能源方面一直走在各省區(qū)市前列，也是“三北”地區(qū)唯一沒有出過大面積脫網(wǎng)事故而影響安全的電網(wǎng)，今年按照自治區(qū)政府的要求，力爭完成國家規(guī)定的新能源消納目標(biāo)。

近年來，在新能源裝機快速增加的背景下，內(nèi)蒙古電網(wǎng)棄風(fēng)、棄光問題一直存在，同時每年的新能源消納量也增長較快。數(shù)據(jù)顯示，2014年，內(nèi)蒙古電網(wǎng)新能源消納量為258.4億千瓦時、2015年為289.7億千瓦時，2016年為361.7億千瓦時。按照2017年國家新能源保障小時數(shù)推算，需消納新能源電量430億千瓦時，增幅較大。

“2017年上半年在風(fēng)況并不是很理想的情況下，我們消納的新能源電量已經(jīng)超過200億千瓦時，棄風(fēng)率也下降到了16.3%，從這個角度來看我們所做的工作，還是有一些成效的。”內(nèi)蒙古電力相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說。

新增電量的消納空間在哪里？探其內(nèi)因，記者分析發(fā)現(xiàn)，目前蒙西電網(wǎng)的外送通道為4條500千伏線路與華北電網(wǎng)相連，多年來外送通道的平均利用率一直保持在70%以上的較高水平，增幅不大。從內(nèi)部看，蒙西電網(wǎng)供電量的13.13%增幅為新能源消納提供了更多空間，也反映了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的企穩(wěn)回升。

從火電機組利用小時數(shù)來看，近三年明顯減少。2014年為5351小時，2015年減少為4809小時，2016年進(jìn)一步減少為4541小時，在網(wǎng)內(nèi)供電量增加的情況下，確實給新能源消納讓出了不少空間。

圖1 蒙西電網(wǎng)“三橫四縱”的500千伏主干網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

特別值得一提的是，蒙西電網(wǎng)在消納新能源方面，還有著先天的劣勢?！拔覀兊碾娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)被稱為‘一字長蛇陣’，受制于特殊的地理結(jié)構(gòu)，內(nèi)蒙古電網(wǎng)十分狹長，從而導(dǎo)致受限斷面非常多，500千伏輸電斷面的數(shù)量甚至比整個華北電網(wǎng)還要多?！?內(nèi)蒙古電力相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，特別是由于陰山山脈的橫跨，導(dǎo)致了風(fēng)電基地大都分布在山脈北側(cè)，而火電和用電負(fù)荷大都位于山脈南側(cè)，嚴(yán)重制約了新能源的上網(wǎng)消納。

為此，內(nèi)蒙古電力加大了電網(wǎng)投資力度，近年來陸續(xù)新建了500千伏白音高勒變、察右中變、武川變、慶云變、定遠(yuǎn)營變，200千伏烏后旗開閉站、文更變、白同開閉站、錫西開閉站等變電站及相關(guān)線路，并完成了對錫林郭勒的西蘇地區(qū)、包頭的百靈廟地區(qū)、巴彥淖爾的烏拉特后旗地區(qū)及阿拉善的賀蘭山地區(qū)等新能源場站分布相對集中地區(qū)的線路切改，推動新能源上網(wǎng)消納。

數(shù)據(jù)顯示，2016年內(nèi)蒙古電力公司完成固定資產(chǎn)投資146.7億元，其中，輸電網(wǎng)44.1億元，配電網(wǎng)44.8億元。2017年將安排投資175.6億元，其中，輸電網(wǎng)50.4億元，配電網(wǎng)87.7億元。

“當(dāng)?shù)赜秒娏康妮^高增速，推動了蒙西地區(qū)新能源的就地消納，一旦用電量降下來，就很可能出現(xiàn)棄風(fēng)棄光加劇的問題?！眹野l(fā)展改革委能源研究所可再生能源發(fā)展中心副主任陶冶認(rèn)為，從長遠(yuǎn)來看，電力流的流向還是從“三北”地區(qū)流向中東部負(fù)荷區(qū)，因此推動蒙西地區(qū)電力外送才是解決方案。

對于蒙西電網(wǎng)而言，自然更需要大電網(wǎng)的支持，如果能在大范圍內(nèi)進(jìn)行新能源的統(tǒng)籌消納，自然是于各方有利的。但隨著中東部地區(qū)受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟(jì)增速放緩等因素的影響，相關(guān)省份受電積極性受到影響，成為了困擾當(dāng)下的新問題。

“隨著‘十三五’期間中東部地區(qū)也存在電力富裕的情況，新建大規(guī)模輸電通道的利用率未必太高，若再需送端配套新建燃煤機組，可能會出現(xiàn)水多了加面，面多了加水，這對能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化會產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)?！彪娏σ?guī)劃設(shè)計總院相關(guān)專家表示，現(xiàn)在蒙西電網(wǎng)外送電主要到了京津唐地區(qū)，但近年來，隨著冀北電網(wǎng)新能源裝機比重的提高，也出現(xiàn)了消納問題，平衡好二者之間的關(guān)系也是擺在當(dāng)前的問題。

內(nèi)蒙古電改早起早受益

“內(nèi)蒙古電力體制改革起步早、力度大。當(dāng)全國開始普遍推行新一輪電改時，內(nèi)蒙古模式已經(jīng)相對成熟，可謂早改早受益?！眱?nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)展改革委相關(guān)負(fù)責(zé)人曾對媒體表示，蒙西電網(wǎng)是我國第一個省級電網(wǎng)輸配電價改革試點，也是我國第一個按照“準(zhǔn)許成本加準(zhǔn)許收益”原則測算能夠直接用于電力市場交易的省級電網(wǎng)獨立輸配電價。

據(jù)了解,蒙西電網(wǎng)電力多邊交易市場自2010年4月正式運行以來，電量成交額度、市場主體規(guī)模，購售雙方交易頻次和密度均大幅增長?！笆濉逼陂g累計完成交易電量1395.6億千瓦時；2016年蒙西電網(wǎng)實現(xiàn)交易電量765億千瓦時，占大工業(yè)用電量78%；2017年第一季度，蒙西電網(wǎng)電力多邊交易累計交易電量223.69億千瓦時，占到大工業(yè)用電量87%，也在一定程度上激發(fā)了用電量的提升。

“內(nèi)蒙古電力于2015年試點風(fēng)電交易，2016年開始將風(fēng)電納入多邊電力市場，在風(fēng)電邊際成本電價低于火電的情況下，風(fēng)電發(fā)電利用小時數(shù)有一定提升?！眱?nèi)蒙古電力相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，他們還正在嘗試風(fēng)電與自備電廠發(fā)電交易試點工作，通過大風(fēng)期間風(fēng)電給予自備火電廠補償?shù)氖侄危⒆詡潆姀S參與調(diào)峰的市場機制，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力，減少網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電棄風(fēng)率。

數(shù)據(jù)顯示，蒙西電網(wǎng)2016年新能源上網(wǎng)電量301.9億千瓦時，交易電量31.18億千瓦時，公用火電上網(wǎng)電量1123.5億千瓦時，交易電量754.3億千瓦時；2017年上半年新能源上網(wǎng)電量210.0億千瓦時，交易電量39.78億千瓦時，公用火電上網(wǎng)電量584.9億千瓦時，交易電量420.25億千瓦時。

中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會秘書長秦海巖認(rèn)為，棄風(fēng)棄光限電的核心在于電力供應(yīng)能力大于需求的情況下，如何確定發(fā)電優(yōu)先次序。作為已建成的機組，讓風(fēng)電還是火電來發(fā)，應(yīng)該是基于全社會效益最大化的標(biāo)準(zhǔn)。在我國電力市場尚未建立起來的情況下，給予風(fēng)電合理收益的計劃電量，保證風(fēng)電發(fā)電調(diào)度優(yōu)先權(quán)是可行的解決之策。

陶冶表示，新能源參與市場競爭，融入電力市場是大勢所趨，既有其內(nèi)在發(fā)展的需求，也有外在電力市場化改革的客觀需求。在當(dāng)前其價格不確定性有一定風(fēng)險的情況下，給予一定計劃性保障是必須的。

該公司相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，目前蒙西電網(wǎng)風(fēng)電參與交易采用固定電價方式，仍然沒有有效反映供求關(guān)系，風(fēng)電場的市場參與度依然不夠。今后，如何推進(jìn)電力市場化改革，開展電力現(xiàn)貨交易，豐富市場參與者的交易品種是下一步需要著重探索的。

30%電量占比或是高比例門檻

根據(jù)國家及內(nèi)蒙古自治區(qū)政府“十三五”規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容，到2020年,蒙西電網(wǎng)可再生能源上網(wǎng)電量占全社會用電量的比重達(dá)到20%，且風(fēng)電限電率控制在15%、光伏發(fā)電限電率控制在6%以內(nèi)。而2016年蒙西地區(qū)風(fēng)電占總發(fā)電量的比重為14.25%，這一數(shù)值雖然已走在各省市區(qū)前列，但距離目標(biāo)仍有一定差距。

丹麥、德國等國家和地區(qū)在能源轉(zhuǎn)型道路上取得的突破吸引了公眾的目光，中國在應(yīng)對氣候變化及環(huán)境改善方面對能源轉(zhuǎn)型的需求更加迫切，也因此確定了高比例可再生能源發(fā)展的這條道路。高比例可再生能源究竟有多高？長期以來，業(yè)內(nèi)對此看法莫衷一是。

“我認(rèn)為衡量高比例的指標(biāo)，不能僅僅以新能源的裝機量來衡量，更要發(fā)電量在總電量的比重來衡量，因為這代表著我們實實在在使用清潔能源的數(shù)量?！濒斪谙啾磉_(dá)了他的看法。風(fēng)電、光伏等新能源的一個重要特點就是容量大，電量小，這無法與傳統(tǒng)大容量、利用率高的火電進(jìn)行對比。如果要設(shè)定一個門檻的話，他認(rèn)為新能源達(dá)到發(fā)電量的30%應(yīng)當(dāng)算是高比例。

國家發(fā)展改革委能源研究所在《中國2050高比例可再生能源發(fā)展情景暨路徑研究》報告中提出，中國要完全實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費革命，到2050年形成可再生能源為主的能源體系，可再生能源在能源消費中的比重要達(dá)到60%以上、占總發(fā)電量的比重達(dá)到85%以上。

“對于這一數(shù)據(jù)，業(yè)內(nèi)也有一些質(zhì)疑，中國可再生能源能不能達(dá)到這么高的比例？”陶冶表示，他們認(rèn)為未來中國的高比例應(yīng)當(dāng)不僅僅是電這一種形式，冷熱電等多形式的聯(lián)供在未來也將發(fā)揮非常重要的作用，而且隨著風(fēng)能、太陽能利用等技術(shù)的進(jìn)步，資源量也會滾動提高，他們對中國實現(xiàn)高比例可再生能源目標(biāo)應(yīng)當(dāng)有信心。

“中國不太可能走歐美國家可再生能源分散式開發(fā)的道路，這是由中國資源稟賦特點決定的，我們一定是集中分散相結(jié)合的方式來實現(xiàn)，而且最后要實現(xiàn)全國的高比例，一定要靠‘三北’地區(qū)的極高比例來提升，問題的解決也一定要回到‘三北’地區(qū)來?！濒斪谙嗾J(rèn)為，丹麥、德國等一些國家在開發(fā)之初重點考慮了新能源與火電等傳統(tǒng)電源的配合問題，而我們最初更多考慮是如何做大規(guī)模的問題，這些可以為未來解決棄風(fēng)、棄光問題提供一些經(jīng)驗借鑒。

“因為棄風(fēng)棄光，否定‘三北’地區(qū)新能源大規(guī)模開發(fā)是不正確的，這些開發(fā)降低了成本，并推動了產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速擴(kuò)大，必須要肯定其價值?！碧找毖a充道，未來中國高比例情景未必每個省都是高比例，而應(yīng)當(dāng)各省根據(jù)自身資源特點建立，要整體最優(yōu)才是要實現(xiàn)的目標(biāo)。