根據《“十四五”可再生能源發(fā)展規劃》，“十四五”期間可再生能源發(fā)電量增量在全社會(huì )用電量增量中占比超過(guò)50%，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電量實(shí)現翻番。筆者認為，需在充分認識我國現階段可再生能源與新能源發(fā)展形勢與面臨困難基礎上，通過(guò)自主創(chuàng )新，攻克資源潛力二次評估、風(fēng)光功率準確預測、靈活負荷需求響應、源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動(dòng)四方面關(guān)鍵技術(shù)，破解大規模集中式風(fēng)電/光伏發(fā)電并網(wǎng)消納難題，有力支撐“十四五”可再生能源規劃落地實(shí)施。
風(fēng)電光伏成為可再生能源開(kāi)發(fā)利用主體
綜合我國可再生能源資源條件分布、技術(shù)成熟程度、開(kāi)發(fā)建設成本等多方面因素，“十四五”期間可再生能源開(kāi)發(fā)利用仍將是以風(fēng)電光伏為代表的可再生能源電力為主。
近年來(lái)，我國可再生能源實(shí)現跨越式發(fā)展，水電、風(fēng)電、光伏裝機連續17年、12年和7年居世界首位。2021年3月《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》就提出，建設黃河上游、河西走廊、黃河幾字灣、冀北、松遼、新疆、黃河下游七大陸上新能源基地以及藏東南、川滇黔桂兩大水風(fēng)光綜合基地等和海上大規模風(fēng)電基地集群。
風(fēng)光發(fā)電發(fā)電量翻番任務(wù)艱巨
我國新能源發(fā)電發(fā)展迅速，在我國現有電力負荷分布與電網(wǎng)調節能力的條件下，“十四五”期間風(fēng)電和光伏發(fā)電量實(shí)現翻番的目標任務(wù)異常艱巨。盡管我國風(fēng)光發(fā)電的裝機占比不斷提高，但受到風(fēng)速、太陽(yáng)輻照度波動(dòng)性、間歇性的影響，使其平均出力與額定裝機之比以及發(fā)電小時(shí)數均遠低于常規發(fā)電，風(fēng)光發(fā)電的電量占比遠低于其裝機占比。在風(fēng)光發(fā)電裝機規模不大、占比不高時(shí)，常規發(fā)電的調節空間較大，電網(wǎng)消納風(fēng)光發(fā)電的潛力和水平可在技術(shù)和市場(chǎng)雙重因素推動(dòng)下得到有效提升。
然而，目前風(fēng)光發(fā)電在我國20多個(gè)省級電網(wǎng)已是第一或第二大電源，“十四五”期間新能源的規?；l(fā)展和電網(wǎng)高效消納利用之間的矛盾將更加突出，風(fēng)光發(fā)電量實(shí)現翻番的目標任務(wù)異常艱巨。
一是隨著(zhù)七大陸上新能源發(fā)電基地建成投產(chǎn)令新能源滲透率大幅上升，故消納需求較之前也大幅增加;
二是低壓配電網(wǎng)用戶(hù)側海量分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)令日間時(shí)段負荷大幅降低，用電需求的減少大大增加了消納難度;
三是電網(wǎng)優(yōu)先消納新能源的調度策略令常規機組的發(fā)電計劃被進(jìn)一步壓縮，常規機組可調空間使用殆盡;
四是在現有精度水平下新能源發(fā)電功率預測偏差絕對值隨其裝機容量的增長(cháng)成比例不斷擴大。綜上，在現有基礎上電網(wǎng)對大規模集中式風(fēng)光發(fā)電消納水平的顯著(zhù)提升就變得非常困難。
風(fēng)光發(fā)電保供挑戰嚴峻
“十四五”期間我國風(fēng)光發(fā)電面臨既要大規模開(kāi)發(fā)、又要高水平消納、更要保障電力安全可靠供應等多重挑戰。
首先，我國經(jīng)濟發(fā)展長(cháng)期向好，能源電力需求的增長(cháng)強勁，即使在現有開(kāi)發(fā)技術(shù)和消費水平下煤炭資源也只能維持40年，我國能源戰略的轉型迫在眉睫，大規模開(kāi)發(fā)風(fēng)光發(fā)電是增強能源安全保障能力、推動(dòng)可持續發(fā)展的必然選擇。
其次，《規劃》明確2030年風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總裝機達12億千瓦以上，2025年全國可再生能源電力總量消納責任權重達33%左右，對電網(wǎng)新能源消納能力提出了新的更高要求。最后，2021年下半年，受多重因素影響我國出現電力供應緊張現象，對經(jīng)濟、生活各方面造成不利影響。2022年5月國務(wù)院常務(wù)會(huì )議要求確保能源供應，絕不允許出現拉閘限電。為此，充分發(fā)揮電網(wǎng)配置資源作用，通過(guò)“需求響應優(yōu)先、有序用電保底、節約用電助力”全力保供成為電網(wǎng)的首要任務(wù)。
大規模消納難題亟待關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新破解
高比例大規模集中式風(fēng)電/光伏的消納面臨以下五方面難題，亟待關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新破解。
首先，“十四五”期間以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點(diǎn)的大規模風(fēng)光新能源基地是建設重點(diǎn)，全球氣候變化、氣象數據匱乏、前期評估失準等導致這些地區的資源開(kāi)發(fā)潛力評估存在較大偏差，必須對重點(diǎn)區域風(fēng)光資源開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行二次精準評估，以保障規劃、投資和建設的科學(xué)性。
其次，這些基地建成投產(chǎn)后，必將給電力系統新能源消納帶來(lái)更加嚴峻的挑戰，例如大規模集中式光伏發(fā)電出力特性與電網(wǎng)負荷曲線(xiàn)的時(shí)序失配導致晚高峰電力供應緊張、午后低谷消納困難，時(shí)段性供需矛盾愈發(fā)尖銳。
再次，隨著(zhù)氣候變化加劇，極端天氣出現次數不斷增加，對電網(wǎng)負荷與風(fēng)光發(fā)電出力影響很大，導致保供風(fēng)險猛增，例如新疆南疆、華北部分地區的沙塵暴對光伏發(fā)電的影響，寒潮、大風(fēng)、暴雪、暴雨等對風(fēng)電/光伏發(fā)電的影響。第四，水資源富集地區水電出力季節性波動(dòng)給電力系統的運行方式安排與電量平衡計劃帶來(lái)較大影響，可再生能源消納困難問(wèn)題突出。
最后，受地理條件、建設周期與投資規模等因素約束，抽水蓄能電站這類(lèi)優(yōu)質(zhì)靈活調節資源較為匱乏，加之大規模新能源基地外送通道、規?；踩?jīng)濟儲能以及跨省跨區電力市場(chǎng)交易的制約，電網(wǎng)的靈活調節能力和運行彈性受限，新能源充分消納的空間無(wú)法保證。
綜上，從發(fā)展形勢、技術(shù)要求和基本任務(wù)三個(gè)方面，“十四五”期間我國新能源面臨“大規模開(kāi)發(fā)、高水平消納、更可靠保供”的多重挑戰，必須堅持系統觀(guān)念，統籌電源與電網(wǎng)、新能源與常規發(fā)電、新能源開(kāi)發(fā)與充分消納之間的關(guān)系;必須堅持創(chuàng )新驅動(dòng)，圍繞資源潛力二次評估、風(fēng)光功率準確預測、靈活負荷需求響應、源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動(dòng)四方面，通過(guò)先進(jìn)科學(xué)理論與學(xué)科交叉融合，重點(diǎn)攻克數據驅動(dòng)氣象資源評估、極端天氣下與中長(cháng)周期的新能源發(fā)電功率預測、高精度需求響應基線(xiàn)估計與虛擬電廠(chǎng)優(yōu)化運營(yíng)、源網(wǎng)荷儲自律協(xié)同優(yōu)化調控等一系列關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步完善電力市場(chǎng)交易機制，破解大規模集中式風(fēng)電/光伏發(fā)電的消納難題，推動(dòng)我國能源綠色低碳轉型。
