关于构建多能互补新型电力系统的探讨

关于构建多能互补新型电力系统的探讨

李长杰

广东大唐国际潮州发电有限责任公司，广东 潮州515723

摘要：当前，我国电力行业发展已经从高速增长进入高质量发展阶段， 并以实现“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”为目标，着力构建清洁低碳、安全高效的能源体系。在这个过程中，应积极提升非化石能源消费比重，推动能源绿色低碳转型发展。电力多能互补作为提升电力发展质量和效率的重要抓手，符合新一代电力系统的建设方向，符合能源电力绿色低碳发展的相关要求，有助于提升能源清洁利用水平、电力系统运行效率和电力供应保障能力。

关键词：多能互补；风电；火电；抽水蓄能

1 多能互补的优势

多能互补可采取火电、风电、光伏、储能等多种能源互相补充，以缓解能源供需矛盾，合理保护自然资源，促进生态环境良性循环。是实现电力系统提质增效的重要举措，有助于构建新型电力系统、实现碳达峰、碳中和目标。

1.1可发挥多种能源互补的组合优势。

多能互补本质上是通过合理的规模配置，充分考虑不同能源的发电特性，发挥其优势、弥补其劣势，实现优化组合，从而更好地匹配系统需求。比如，通过多能互补一体化，可以提升煤电机组的深度调峰空间，当系统内各分区间的通道能力和送出需求不匹配时，特别是新能源带来的反调峰加剧时，可缓解调峰压力。

1.2具备良好的调节性能。

可针对风电、光伏出力随机性、波动性和间歇性强的特点，强化火电机组灵活调节作用，提升火电和储能的灵活调节能力，及时跟踪风光出力的变化，不增加送受端电力系统调峰压力及可再生能源消纳矛盾。如依托存量煤电的多能互补项目，可采取煤电灵活性改造或配置一定比例储能提升调节能力，增加风光消纳量。

1.3发挥一体化集控优势。

多能互补项目具有规模效应，为充分发挥集中开发和互补运行的优势，多能互补项目布局一般会相对集中，与电力系统的连接方式简单清晰，具备统一打捆接入电网的条件，便于实现统筹管理和集中调控。

2 多能互补典型实现形式探讨

在多能互补的实施路径上，通过利用存量常规电源（一般为火电），合理配置储能，强化电源侧灵活调节作用，优化各类电源规模配比，统筹各类电源规划、设计、建设、运营，优先发展新能源，主要包括风光储、风光水（储）、风光火（储）等具体模式。在广东，尤其是粤东地区，大容量煤电机组分布广泛，海上风电资源丰富，多丘陵山地适合开发抽水蓄能，为发展风火储多能互补项目提供了绝佳的条件，现以此为典型形式，探讨多能互补的典型实现形式。

2.1 火电

国家能源局《关于提升电力系统调节能力的指导意见》中指出：实施火电灵活性提升工程，改造后的纯凝机组最小技术出力达到 30%-40%额定容量，热电联产机组最小技术出力达到 40%-50%额定容量；部分发电厂达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20%-30%。在国家规划和产业政策的指导下，已投运的百万千瓦级机组不少已进行了或计划进行灵活性改造。机组采用的高效宽负荷技术能够进一步挖掘机组潜力，全面提升机组运行能力，优化机组负荷调节特性，提升机组快速负荷响应能力，提高机组低负荷运行的效率及机组运行的灵活性。

由于风电、光伏等新能源为间歇性能源，发电出力不稳定，故具有较强调节性的火电在多能互补的系统中可承担基础负荷，且充分发挥调峰作用，保持电力系统的稳定。火电灵活性改造的技术路径主要是从锅炉、汽轮机和控制等多方面进行。其中，提高机组灵活性的锅炉策略主要包括有低负荷脱硝、低负荷稳燃、带循环泵的启动系统和优化运行方式等方法；提高机组灵活性的汽轮机策略主要从叶片选型、邻机加热技术等方面着手；而采用提高机组灵活性的控制策略主要依靠全面可靠的测量技术、灵活高效的控制策略等。

2.2 海上风电

广东省新能源资源较丰富，海上风电、光伏、陆上风电等具备规模化开发的资源条件。就海上风电来讲，沿海平均风速较大，风功率密度和风能利用小时数较高，湍流强度较低，适合规模化开发海上风电。广东省沿海海面100米高度层年平均风速可达7米/秒以上，在离岸略远的粤东海域，年平均风速可达8-9 米/秒或以上。尤其是粤东海域作为广东省风能资源最为丰富的地区，发展海上风电潜力巨大，是广东省海上风电重点规划发展区域。

粤东海上风电场月最大出力、月平均出力呈冬季大、夏季小的特点。月最大出力方面，冬季出力水平较高，基本接近100%；夏季最大出力比冬季略小，但也在80%以上，最大出力水平较高。月平均出力方面，冬季基本在50%-75%，夏季约在 20%-30%左右。海上风电是清洁能源，其发电的消纳顺序排在火电之前，在充分了解海上风电的相关出力特性后，便可对火电的发电行为做出指导。

2.3 抽水蓄能

抽水蓄能使储能的重要形式。抽水蓄能电站属于环保电源，本身不消耗燃料，不排放有害物质，可通过替代火电机组容量、改善火电机组运行条件来有效降低火电机组的煤耗率，从而有助于整个系统的节能。除此之外，发展一定规模的抽水蓄能电站替代火电机组还具有显著的环保效益，每年可相应减少烟尘、二氧化碳、二氧化硫和氮化物等排放，同时还减免了火电站运行过程中的废水、废热污染问题。抽水蓄能电站的建设可在一定程度上减少化石能源的消耗，符合可持续发展的要求，对实现总体节能降耗、促进社会经济协调发展、保护生态环境和节约利用资源等方面也具有重要作用。抽水蓄能电站良好的调节性能和快速负荷跟踪能力，可有效减少新能源电力大规模并网运行对电网造成的冲击，提高电网运行的协调性及安全稳定性，有利于新能源的开发建设和消纳。因此，建设抽水蓄能电站有利于推进产业结构和经济结构优化调整，有利于新能源的有序发展，促进新能源资源的有序开发，是实现节能减排，发展低碳经济的重要保障。

兴建抽水蓄能电站不仅可缓解火电机组启停、压负荷调峰和水电站弃水调峰的压力，提高风电和光伏发电等不稳定可再生能源消纳利用，还可以有效改善水、火电运行工况和电网运行条件，提高电网的整体经济性。

3 多能互补实施方案

通过火电的深度调峰和抽水蓄能储能调节，能够在一定程度上改善单一海上风电的出力特性，提供调峰支撑，在保障新能源消纳的同时，能够进一步提升一体化项目对电网的友好性。通过风火储一体化，可实现各类电源优化协调、互补互济，充分发挥储能的调峰、调频作用。

根据火电、风电、抽水蓄能的运行特性，可设计包含顶峰供电、最大化消纳利用/功率跟踪、系统调峰电站、参与电力市场优化运行等多种运行调度模式，各种运行模式间可动态根据电站和电网的实际运行需要灵活调整切换，可包括顶峰供电运行模式、最大化消纳利用/功率跟踪模式、剩余容量调峰模式、参与电力 市场优化运行模式等。

4.总结

风火储多能互补一体化项目，利用存量火电项目，充分发挥火电的灵活调节能力，优先发展海上风电，并合理配置储能，与构建“清洁低碳、安全高效的能源体系”高度契合，对提高电网通道利用率，提高新能源消纳能力，实现碳达峰、碳中和的目标有较大的支持作用。

参考文献：

[1]陈雨.多能互补综合能源电力系统的建设模式初探.文化科学,2021-12.

[2]张鑫.多能源电力系统互补短期优化调度.产业经济,2021-05

[3]刘佩.多功能互补综合能源电力系统的建设模式探究.,2022-06.