隨著資源枯竭、環(huán)境污染的加劇，加快清潔能源的開發(fā)利用已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。我國(guó)“三北”地區(qū)風(fēng)光資源豐富，適宜清潔能源的大規(guī)模集中式開發(fā)。然而，新能源固有的出力不確定性，導(dǎo)致新能源并網(wǎng)消納面臨愈來愈難的局面。從風(fēng)光出力特性及火電靈活性改造出發(fā)，針對(duì)不同的風(fēng)光火配比方案，依托先進(jìn)的協(xié)調(diào)控制技術(shù)和多能互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，有效平抑新能源基地出力波動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)、負(fù)荷協(xié)調(diào)友好的創(chuàng)新型發(fā)電模式，對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到重要的示范引領(lǐng)作用。
截至2019年底，我國(guó)風(fēng)電、光伏并網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模分別達(dá)到210.05GW、204.68GW，分別占全口徑發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的10.45%、10.18%，并保持良好的發(fā)展勢(shì)頭。然而風(fēng)電、光伏等新能源出力的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致大規(guī)模新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于風(fēng)光資源分布與電力市場(chǎng)空間逆向分布的特性突出、風(fēng)光出力的不可控性、系統(tǒng)調(diào)峰容量不足等原因，導(dǎo)致新能源棄電現(xiàn)象嚴(yán)重。
為實(shí)現(xiàn)我國(guó)新能源發(fā)展目標(biāo)，仍需堅(jiān)持走“發(fā)展大基地，依托大電網(wǎng)，融入大市場(chǎng)”的道路。同時(shí)，在進(jìn)行大規(guī)模新能源外送基地規(guī)劃建設(shè)時(shí)，必須依托多能互補(bǔ)技術(shù)，提高新能源基地與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)友好性，解決好新能源棄電問題，確保新能源“送得出、落得下、用得上”，實(shí)現(xiàn)新能源的高效利用。
以規(guī)劃的赤峰大規(guī)模新能源外送示范基地為例，圍繞“低電價(jià)上網(wǎng)、先進(jìn)技術(shù)、智慧風(fēng)場(chǎng)、生態(tài)能源”四個(gè)示范，綜合考慮風(fēng)電、光伏、存量火電及抽水蓄能電站運(yùn)行特性，在不增加受端電網(wǎng)調(diào)峰壓力的前提下，研究風(fēng)光火儲(chǔ)等電源配比方案，規(guī)劃建設(shè)多能互補(bǔ)新能源基地。
多能互補(bǔ)基地規(guī)劃思路
推進(jìn)多能集成優(yōu)化互補(bǔ)、發(fā)展綜合智慧能源是我國(guó)進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型的必然要求，也是提高能源系統(tǒng)效率的有效手段。本文中，綜合考慮赤峰地區(qū)新能源基地可用能源種類，采用風(fēng)、光、火打捆外送方式，必要時(shí)配備一定容量的儲(chǔ)能，基于多種能源各自的資源特性及發(fā)電特性，通過多能互補(bǔ)、協(xié)調(diào)控制綜合優(yōu)化新能源基地電力外送出力曲線。
考慮風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性、可調(diào)度性低等特點(diǎn)，同時(shí)鑒于赤峰地區(qū)無建設(shè)大規(guī)模水電的條件，通過對(duì)現(xiàn)有火電進(jìn)行深度調(diào)峰改造，增強(qiáng)火電機(jī)組調(diào)峰能力，最大程度保證資源潛力大但發(fā)電量不穩(wěn)定的風(fēng)光等清潔能源的消納。
1.1風(fēng)光出力特性分析
內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國(guó)風(fēng)光資源最豐富的省區(qū)之一。赤峰市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東南部，風(fēng)電技術(shù)可開發(fā)量約50GW，年平均風(fēng)速均在6.0m/s以上，部分區(qū)域年平均風(fēng)速在8.0m/s以上，年利用小時(shí)數(shù)2600～3300h。光照年輻射值1400～1750kWh/m2.年日照小時(shí)數(shù)2700～3200h。
根據(jù)赤峰地區(qū)在運(yùn)風(fēng)光電站運(yùn)行數(shù)據(jù)及氣象站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，典型日風(fēng)光出力特性曲線如圖1—圖3所示。
1.2存量火電調(diào)峰能力分析
為加快能源技術(shù)創(chuàng)新，挖掘燃煤機(jī)組調(diào)峰潛力，早在2016年6月，我國(guó)已正式啟動(dòng)火電靈活性改造示范試點(diǎn)工作。通過靈活性改造，一是增加機(jī)組運(yùn)行靈活性，即要求機(jī)組具有更快的變負(fù)荷速率、更高的負(fù)荷調(diào)節(jié)精度及更好的一次調(diào)頻性能;二是增加鍋爐燃料的靈活性，即機(jī)組在摻燒不同品質(zhì)的燃料下，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒以及機(jī)組在摻燒工況下仍有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。
圖1 大風(fēng)月典型日風(fēng)電出力特性(2MW風(fēng)電機(jī)組)
圖2 小風(fēng)月典型日風(fēng)電出力特性(2MW風(fēng)電機(jī)組)
圖3 光伏全年平均日出力特性(100MW裝機(jī)規(guī)模)
深度調(diào)峰的概念不僅包括機(jī)組可以做到穩(wěn)定的低負(fù)荷運(yùn)行，其外延是火電機(jī)組的靈活性運(yùn)行。目前，靈活性改造的主要技術(shù)方案有儲(chǔ)熱水罐方案、電鍋爐方案及高參數(shù)蒸汽抽汽供熱方案等，通過靈活性改造，調(diào)峰深度可達(dá)60%。(作者：李 凱，康世崴，閆方，王淼，李文波)
