高比例新能源并网系统新能源消纳能力提升研究

高比例新能源并网系统新能源消纳能力提升研究

郑权1，王晨峰2

1.平高集团有限公司，平顶山，467001

2.河南平高股份有限公司，平顶山，467001

一、研究背景

在2023年，中国能源领域迎来了重要转折点，可再生能源发电装机总量首次超越火电，标志着我国能源结构向清洁低碳方向迈出了坚实步伐。据国家能源局权威数据，该年度新能源新增装机容量激增至2.93亿千瓦，年度增长率高达138%，其中风电与光伏发电分别贡献了7590万千瓦与2.17亿千瓦的显著增量。至年底，全国新能源累计装机容量已跃升至10.51亿千瓦，同比增长38.6%，占全国总装机容量的近四成，与水电共同构成了能源供给的半壁江山。

然而，在新能源装机规模持续扩张的背景下，局部地区面临的新能源消纳难题日益严峻。最新发布的《2024年3月全国新能源并网消纳情况》报告指出，尽管前三个月风电与光伏发电的利用率均保持在96%以上，但相较于去年同期却有所下降，反映出消纳压力的增加。这一现象根源在于新能源发电的固有特性——高度的随机性、波动性和间歇性，加之受自然因素（如天气、季节、地理条件）的深刻影响，导致能源产出在时间与空间上的不均衡。

特别地，风电和太阳能发电的地理分布不均问题尤为突出，进一步加剧了电网对新能源消纳的挑战。随着新能源装机容量的不断攀升，电网系统需承受更大的压力，包括维持稳定性、优化潮流分布、加强无功补偿以及有效调峰调频等，这些都对电网的智能化、灵活性和适应性提出了更高要求。

因此，在推动新能源快速发展的同时，必须高度重视并解决新能源消纳问题，通过技术创新、政策引导和市场机制改革等多措并举，促进新能源与电网的协调发展，确保我国能源转型的顺利进行。

二、新能源消纳能力提升方法

1. 提高电源调节能力

提升电源调节能力的主要策略涵盖对传统能源发电设施实施深度灵活性改造，例如为煤电机组加装调峰设备并优化其运行策略，以增强其快速响应和负荷调节能力。同时，积极推动储能技术的发展，如抽水蓄能、电池储能等，利用它们在电网中的“充电宝”功能，来平衡新能源发电的间歇性和波动性。此外，还鼓励分布式能源、虚拟电厂等新型调节资源的接入，构建多元化的电源调节体系。这些策略共同形成了提升电源调节能力的有效路径。

在提高新能源消纳能力的背景下，提升电源调节能力具有重大意义。通过增强电源调节能力，可以更好地适应新能源发电与电网负荷的动态变化，减少新能源发电的弃电现象，进而提高新能源的消纳率。这不仅有利于优化能源结构，推动清洁能源的广泛应用，还能有效应对环境污染和气候变化等全球性问题，促进经济社会向绿色低碳的可持续发展方向转型。

2.优化电网结构

优化电网结构是一个多层次的过程，涵盖加强跨区域输电通道的建设，以实现电力资源的优化配置；推进智能电网的发展，提升电网的自动化和信息化水平，从而增强对新能源发电的接纳和调度能力；同时，对配电网进行升级改造，提高其灵活性和可靠性，以更好地适应分布式新能源的接入。这些方法共同形成了优化电网结构、提升新能源消纳能力的有效途径。

在提升新能源消纳能力的背景下，优化电网结构显得尤为关键。通过构建一个更加坚强、智能和灵活的电网体系，可以打破地域的束缚，实现新能源电力的远距离输送和高效利用。同时，提高电网对新能源发电的适应性和包容性，可以减少新能源发电的弃电现象，进而提高新能源的消纳率。这不仅有利于推动新能源产业的快速发展，还能促进能源结构的优化和升级，为实现绿色低碳的可持续发展目标提供坚实的支撑。

3.储能技术的应用

储能技术涵盖了抽水蓄能、电化学储能（特别是锂离子电池）、超级电容器、压缩空气储能以及飞轮储能等多种技术路径。这些技术的核心功能在于，将新能源发电过程中产生的过剩或暂时无法消纳的电能，转化为可长期储存的能量形态，并在电网需求时，将这些储存的能量高效转化为电能回馈给电网。这种灵活的能量管理策略，极大地提升了电网对新能源发电波动特性的适应性和调节能力。

在提升新能源消纳能力的背景下，储能技术的应用价值难以估量。太阳能和风能发电量极易受到天气条件的制约，表现出显著的间歇性和波动性。这种特性难以与电网负荷保持同步，进而引发新能源发电的弃电问题。而储能技术的引入，则为解决这一挑战提供了有效手段。它能够在新能源发电高峰期捕捉并储存多余的电能，随后在发电低谷或电网负荷高峰期释放，从而有效平抑新能源电力的波动，增强其输出的稳定性和可预测性，有助于提升电网对新能源电力的接纳和消纳能力，促进能源结构的优化调整和实现绿色低碳的可持续发展目标具有深远的意义。

4.多能互补

多能互补策略旨在通过整合并优化多元化的能源资源（涵盖太阳能、风能、水能、生物质能等可再生能源，以及天然气、煤炭等化石能源），实现它们在时间维度与场景应用上的互补协同，从而构建一个高效、稳定且可持续的能源供应网络。该策略的核心在于借助先进的技术手段与智能管理系统，精准调配各类能源资源，最大化其利用效率，减少浪费，并增强能源供应的可靠性与经济性。

在促进新能源消纳能力方面，多能互补策略展现出了独特的优势与深远的意义。新能源，特别是太阳能与风能，虽清洁环保，但其发电效率易受自然环境因素影响，表现出显著的间歇性与波动性。这直接导致了新能源电力与电网负荷需求之间的不匹配，进而加剧了弃电现象。而多能互补策略通过引入其他能源形式作为补充与调节手段，有效缓解了新能源发电与电网负荷之间的不平衡状态，提升了新能源电力的可调度性与可控性。

5.电网优化调度

电网优化调度技术作为电力运行管理的高级策略，集成了先进的预测技术、深入的数据分析手段与智能算法，实现对电网发电、输电、配电全过程的细致化、智能化控制。该技术紧密关注电网实时运行状态，精确预测电力需求动态与新能源发电的波动趋势，并据此灵活调整各类电源的输出功率，以确保电力供需之间的精准平衡与资源的最优配置。同时，电网优化调度还致力于提升电网的灵活应变能力与韧性，有效抵御新能源发电带来的不确定性与波动性挑战。

在提升新能源消纳能力方面，电网优化调度策略展现出了显著的优势与深远的意义。面对太阳能、风能等新能源发电受自然条件制约，呈现出的间歇性与不稳定性特征，传统电网调度方式显得力不从心，难以有效应对新能源电力并网过程中的诸多难题。而电网优化调度凭借其精细化与智能化的调控能力，能够实现对新能源发电输出的精准预测与灵活调度，促使新能源电力更加顺畅地融入电网体系，显著提升其利用率与消纳水平。这一转变不仅有助于降低新能源电力的弃电率，促进新能源产业的蓬勃发展，更对推动能源结构向绿色低碳方向转型、实现可持续发展目标具有重要意义。

三、总结

本文深入探讨了我国新能源装机快速增长背景下，新能源消纳能力提升的关键方法。通过提高电源调节能力、优化电网结构、应用储能技术、实施多能互补策略及优化电网调度等措施，有效应对了新能源发电的随机性、波动性和间歇性挑战。这些措施共同促进了新能源电力的稳定供给与高效消纳，推动了能源结构的优化升级，为实现绿色低碳的可持续发展目标奠定了坚实基础。