國網青海省電力公司經濟技術研究院的研究人員劉飛、陶昕、張祥成、李楠、馬雪，在2019年第6期《電氣技術》雜志上撰文指出（論文標題為“基于電網消納能力的新能源發展策略研究”），隨著新能源大規模開發，新能源消納問題逐漸突出。在保證太陽能及風電可靠并網發電、電網能夠維持安全穩定運行的前提下，不同的網架強弱程度、不同的電源構成以及不同的負荷水平，電網消納新能源發電的能力也將有所不同。

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為了綜合協調電網電源資源，合理安排新能源的發展規模和建設時序，保障新能源發電的科學發展和有效利用，本文基于電網光伏風電消納能力，并根據風電發電特性、光伏發電特性及風光互補特性，提出一種探索電網新能源消納能力最大的方法，為后續新能源并網提出指導性意見，避免大量的棄風棄光現象發生。

隨著世界經濟的快速增長，人類對能源的需求越來越大。現有的能源結構中，煤炭、石油等化石能源占有很大比重，但化石能源作為不可再生能源其儲量有限，而且其燃燒和利用過程還會污染環境并排放溫室氣體。能源危機和環境污染是全人類面臨的共同問題。

在有限的資源利用和嚴格的環境保護的雙重制約下實現人類的可持續發展，立足于科技進步，調整和優化能源結構，大規模開發利用清潔可再生能源已成為全球共識。但隨著新能源大規模開發，我國局部地區消納矛盾逐漸凸顯，出現了棄風、棄光問題，引起社會各界的關注。

青海省依托豐富的太陽能風能資源等大力發展光伏風電產業，初步形成了較為完整的光伏風電產業鏈，根據青海省電網發展規劃，2020年累積并網光伏風電容量將分別達到1400萬kW和760萬kW。目前，青海全省光伏風電主要集中在海南、海西地區，截至2016年底，電源總裝機容量為2302萬kW，其中光伏發電并網容量達682萬kW，風電并網容量達68萬kW。

由于新能源發電出力具有波動性、隨機性和間歇性，大規模的新能源發電接入電網后，會對電網的調峰、無功電壓和暫態穩定性都帶來一定的影響。同時，由于新能源（風電和光伏發電）發電出力的不確定性、反調峰性，大規模新能源并網后要求電力系統留有更多的備用電源和調峰電源。

本文基于光伏風電消納能力，分析不同負荷水平及不同外送曲線對光伏風電消納能力的影響，并根據風電發電特性、光伏發電特性及風光互補特性，提出基于新能源消納能力的優先發展光伏、優先發展風電及尋找風光最優配比的風電光伏發展策略，指出一種探索電網新能源消納能力最大的方法，并結合青海電網新能源發展策略進行分析和計算。

1 研究基礎

1.1 光伏風電出力特性

光伏出力較大時段主要集中在11:00—16:00，典型日出力曲線如圖1所示。若優先發展光伏，光伏開發超過一定規模時，將加重電網中午時段棄電現象。、

風電出力具有一定間歇性、隨機性，呈現夜間出力大，白天出力小的特點，典型日出力曲線如圖2所示。若優先發展風電，風電開發超過一定規模時，將加重電網夜間小負荷時段的棄電現象。


光伏與風電之間具有一定的互補性，風光出力疊加后最大出力系數及日最大峰谷差較光伏有所下降，平滑了新能源出力的波動性，降低對負荷的負效應，因此，需充分發揮光伏風電互補特性，尋找風光最優配比，達到消納新能源規模最大的目標。風光互補后出力曲線如圖3所示。


1.2 水電優化調度曲線

新能源規模較大省份，為配合新能源運行，在光伏電站發電出力較大的時段11:00—16:00，水電站降低出力為光伏調峰運行，其余時間水電大發以平衡負荷。水電優化調度曲線如圖4所示。


1.3 電力電量需求及負荷特性分析

青海電網某連續三年全社會用電量分別為675億kW•h、711億kW•h、779億kW•h，年均增長率5.0%；全社會最大用電負荷分別為8800MW、10016MW、10966MW，年均增長率6.4%。青海電網年負荷特性曲線及日負荷特性曲線分析結果如圖5、圖6所示。


2 基于時序生產運行仿真的新能源消納能力計算模型（略）

3 基于新能源消納能力的光伏風電并網優化策略研究

3.1 研究思路

本文研究思路如圖7所示。首先根據新能源規劃開發規模及布局，分析新能源消納情況。若新能源棄電率不滿足要求，基于生產模擬運行仿真，研究優先發展風電、優先發展光伏及尋找風光最優配比三種發展策略下新能源消納能力，并基于新能源消納能力最大推薦逐年新能源并網規模優化方案，最后進行網架適應性校核。

3.2 青海電網規劃新能源消納情況分析

根據規劃新能源發展策略，青海電網連續3年新能源棄電率/棄電量分別為12.42%/18.2億kW•h、18.48%/42.88億kW•h、16.96%/50.53億kW•h。不滿足新能源棄電率不超過7%要求，因此，為保證新能源有序發展、有效接納，需開拓省外受電市場或優化新能源開發方案。


3.3 不同負荷水平對青海電網新能源消納情況影響分析

考慮負荷水平較規劃水平降低了5%，導致新能源消納情況更加嚴峻，此時青海電網新能源棄電率/棄電量分別為17.35%/25.4億kW•h、28.1%/65.1億kW•h、23.1%/68.7億kW•h。

3.4 不同外送曲線對青海電網新能源消納情況影響分析

若考慮將新安排新能源全部消納，需開拓省外受電市場。第一年外送電量方案已確定，此時青海電網新能源棄電率/量為12.42%/18.2億kW•h；第二年為將新能源棄電率控制在7%，建議外送電量增加至76億kW•h，此時新能源棄電率/量為7.02%/16.28億kW•h；第三年為將新能源棄電率控制在7%，建議外送電量增加至67億kW•h，此時新能源棄電率/量為7.04%/20.98億kW•h，全省最大外送電力約890萬kW。


3.5 基于新能源消納能力的光伏風電并網優化策略研究

基于2.1節提出的光伏、風電及風光互補特性，同時為將新能源棄電率限制在7%以內，提出了優先發展風電、優先發展光伏及風光最優配比原則對新能源并網方案進行優化。

方案一：優先發展風電。第一年無新增裝機；第二年可消納風電140萬kW；第三年可消納風電共424萬kW，此外可消納光伏70萬kW。


方案二：優先發展光伏。第一年無新增裝機；第二年可消納光伏135萬kW；第三年可消納光伏共245萬kW，剩余33萬光伏無法消納。


方案三：尋找風光最優配比。通過青海電網生產模擬運行仿真研究，在保持風光總裝機不變的前提下，逐漸降低風電裝機、增加同等量的光伏裝機，當第二年、第三年全省風光比例分別為1:3.7、1:1.3時，此時新能源棄電率最小。即該風光配比方案下，新能源消納能力最大。

因此，建議第一年不新增新能源裝機；第二年可消納新增風電120萬kW、光伏30萬kW；第三年可消納風電共444萬kW，此外可消納光伏40萬kW。

綜合以上三種新能源發展策略，可探索出電網新能源消納能力最大的方案，即尋找風光最優配比方案。

結論

1）電網不同負荷水平或外送曲線直接影響電網新能源消納能力。

2）基于新能源消納能力，提出通過尋找風光最優配比，可探索出電網新能源消納能力最大的風光發展策略，為后續全國新能源并網規模及配比方案提出指導性意見及思路，避免大量的棄風棄光現象發生。