觀察丨借鑒四川經(jīng)驗(yàn) 發(fā)展多能互補(bǔ)
來源：中國電力報 時間：2023-12-15 11:12
近年來，《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》等多份文件鼓勵水風(fēng)光一體化發(fā)展。在這些文件的指導(dǎo)下，各地積極推進(jìn)多能互補(bǔ)與一體化項(xiàng)目的實(shí)施。
自然資源保護(hù)協(xié)會（NRDC）與四川大學(xué)合作開展的研究發(fā)現(xiàn)，電源側(cè)水風(fēng)光多能互補(bǔ)一體化開發(fā)，可以充分發(fā)揮水電的調(diào)節(jié)能力，在平抑風(fēng)光出力波動的同時，提升可再生能源的電力保供能力，實(shí)現(xiàn)低碳與可靠的雙重價值。
單一可再生能源存在短板
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式是“源隨荷動”。用電負(fù)荷的實(shí)時變化要求系統(tǒng)中有充裕的調(diào)峰電源，能靈活調(diào)節(jié)自身輸出功率（即出力）來適應(yīng)負(fù)荷的變化。如同天平，當(dāng)一端砝碼加重或減輕時，另一端也需要及時地調(diào)整重量，才能維持平衡。近年來，一些地區(qū)出現(xiàn)用電緊張，主要原因是城市負(fù)荷峰值升高、峰谷差加大，而電源側(cè)的調(diào)峰能力跟不上，就會出現(xiàn)“電力缺口”。
電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差越大，系統(tǒng)需要的調(diào)峰能力越大。以去年四川缺電為例，四川省具有年調(diào)節(jié)及以上能力的水電站和煤電、氣電調(diào)峰能力總計不到1200萬千瓦，而2022年全省統(tǒng)調(diào)用電負(fù)荷最大峰谷差約1900萬千瓦，超出現(xiàn)有調(diào)節(jié)能力700萬千瓦。電源的調(diào)峰能力與需求不匹配時，一些地區(qū)通過粗放的行政管理手段限制工商業(yè)用電來解決缺電問題，給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營造成了損失。
風(fēng)光都是“靠天吃飯”，出力具有波動性、隨機(jī)性和間歇性，無法提供可靠的調(diào)峰能力。對于風(fēng)電來說，小風(fēng)時，風(fēng)電出力會降至額定功率的20%以下，極端情況下甚至降為0.1%。對于光伏來說，夜晚或無光的陰雨天，光伏出力則直降為0。水電的調(diào)峰能力雖然強(qiáng)于風(fēng)光，但高溫干旱也會限制水電的出力。而傳統(tǒng)化石能源發(fā)電不受天氣影響，以靈活性改造后的煤電為例，出力的可調(diào)節(jié)范圍是額定功率的30%~100%。可見，假設(shè)同樣是100萬千瓦的電源裝機(jī)，煤電可以貢獻(xiàn)的調(diào)峰能力為70萬千瓦；極端情況下，風(fēng)光的調(diào)峰能力只能計為0，相對于傳統(tǒng)化石能源的短板凸顯。
多種可再生能源互補(bǔ)有潛力
盡管水風(fēng)光出力都受到天氣的影響，但三者出力受限的時間存在差異，為多能互補(bǔ)提供了契機(jī)。
以NRDC與四川大學(xué)合作研究選取的大渡河水風(fēng)光試點(diǎn)項(xiàng)目為例，從季節(jié)出力上看，受降雨匯流的影響，水電夏秋出力大，冬春出力小。受當(dāng)?shù)貧夂蛱匦缘挠绊?，風(fēng)光則是夏秋出力小，冬春出力大。從日內(nèi)出力上看，光伏出力集中在日間，晚上為0，而風(fēng)電出力集中在下午和夜間，水電出力的日內(nèi)波動較小?？梢姡瑹o論是季節(jié)還是日內(nèi)，這三種清潔能源具有天然互補(bǔ)特性。
水電、風(fēng)電和光伏聯(lián)合一體化運(yùn)行時，水電可根據(jù)風(fēng)光出力的變化，通過自身的調(diào)蓄能力進(jìn)行日內(nèi)調(diào)節(jié)，平抑風(fēng)光的出力波動，將其調(diào)節(jié)為穩(wěn)定可靠電力后再接入電網(wǎng)。
根據(jù)大渡河水風(fēng)光試點(diǎn)項(xiàng)目的模擬結(jié)果，在城市用電高峰的中午時間，枯水期水風(fēng)光互補(bǔ)后的聯(lián)合出力，相較于水電單獨(dú)運(yùn)行的調(diào)峰能力提高了約40%。一般情況下，風(fēng)光只貢獻(xiàn)電量，而不貢獻(xiàn)調(diào)峰能力。在研究案例中，與水電搭配后，約有37%的風(fēng)光容量可以貢獻(xiàn)調(diào)峰能力。相較于水風(fēng)光單獨(dú)接入電網(wǎng)，一體化運(yùn)行后的電力保供能力得到了很大的提升。
一體化項(xiàng)目還可以利用水電原有的輸電通道將風(fēng)光打捆送出，有效提高輸電通道的利用率。根據(jù)模擬結(jié)果，試點(diǎn)輸電通道的利用率提高了約5%，意味著在不用增加電網(wǎng)投資的情況下輸送更多的綠電。
四川各流域的水電站眾多，若積極推進(jìn)水風(fēng)光一體化開發(fā)模式，可產(chǎn)生良好的生態(tài)環(huán)境效益。以大渡河一體化可再生能源基地為例，規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模達(dá)2800萬千瓦，預(yù)計每年可輸送可再生能源電量約560億千瓦時，相當(dāng)于2000萬戶家庭一年的用電量，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1680萬噸，減少二氧化碳排放4402萬噸。
積極推進(jìn)可再生能源一體化發(fā)展
發(fā)展水風(fēng)光一體化項(xiàng)目可以有效提高電力保供能力，但一體化后水電要做出一定的犧牲：為調(diào)節(jié)風(fēng)光的出力波動，水電需要改變自身的運(yùn)行過程，可能影響自身發(fā)電量甚至造成一定的棄水。
因此，一體化項(xiàng)目的主要難點(diǎn)是如何在滿足電力保供和系統(tǒng)調(diào)峰需求的前提下，最大化一體化電源的利用率與效益，進(jìn)而保證各類電源的投資收益。無論是在項(xiàng)目前期的規(guī)劃開發(fā)，還是投運(yùn)后的調(diào)度運(yùn)行，都需要更明確的政策與規(guī)則對一體化的發(fā)展進(jìn)行引導(dǎo)。
例如，在開發(fā)階段，需要明確不同投資主體的合作模式和利益協(xié)調(diào)機(jī)制。在運(yùn)行階段，對于為滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求而造成的水電發(fā)電量損失，需明確如何通過電價或者市場機(jī)制給予合理補(bǔ)償，進(jìn)而保證調(diào)節(jié)性水電的合理收益。此外，需要研究如何在保障本地電力需求的同時，推動一體化項(xiàng)目參與更大范圍的市場交易，最大化地增發(fā)綠電。
可再生能源的多能互補(bǔ)一體化開發(fā)模式，對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行來講，可謂潛力巨大。應(yīng)加快完善相關(guān)政策與市場機(jī)制，除了關(guān)注項(xiàng)目的投建之外，更關(guān)鍵是要為一體化項(xiàng)目的運(yùn)行提供保障，以最大化地利用好一體化項(xiàng)目的低碳與可靠價值。（作者：自然資源保護(hù)協(xié)會 陳藝昕）
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校對：高慧君
