記者從國(guó)家能源局獲悉，一季度，全國(guó)基建新增發(fā)電裝機(jī)容量2351萬(wàn)千瓦，比上年同期多投產(chǎn)996萬(wàn)千瓦。其中，水電109萬(wàn)千瓦、火電1060萬(wàn)千瓦、核電115萬(wàn)千瓦、風(fēng)電526萬(wàn)千瓦、太陽(yáng)能發(fā)電533萬(wàn)千瓦，可再生能源發(fā)電新增裝機(jī)占比超過(guò)50%。

能源行業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重點(diǎn)領(lǐng)域，新能源的大規(guī)模接入對(duì)電網(wǎng)的平衡調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。“雙碳”目標(biāo)下，國(guó)家電網(wǎng)如何提升電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)能力?本報(bào)記者帶您一探究竟。

“水火” 聯(lián)合

當(dāng)前，“碳中和”已經(jīng)成為全球共識(shí)。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是我國(guó)向世界作出的莊嚴(yán)承諾，也是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革。

能源行業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重點(diǎn)領(lǐng)域。我國(guó)已成為全球新能源裝機(jī)規(guī)模最大的國(guó)家，能源結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量在2020年年底已經(jīng)占全部發(fā)電裝機(jī)容量的41%。新能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)，大規(guī)模開(kāi)發(fā)并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)“雙高雙峰”特征日益凸顯，對(duì)確保電網(wǎng)安全運(yùn)行和電力可靠供應(yīng)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

提高平衡調(diào)節(jié)能力，電網(wǎng)需要一個(gè)“智慧大腦”。“電難以大規(guī)模儲(chǔ)存，它就像一輛沒(méi)有制動(dòng)裝置的車(chē)輛一樣，無(wú)法在某個(gè)地方停留，其生產(chǎn)、輸送和消費(fèi)在同一時(shí)間完成，因此大電網(wǎng)需要調(diào)度系統(tǒng)這一‘智慧大腦’作為靈活高效運(yùn)轉(zhuǎn)的‘指揮’。”華東電力調(diào)控分中心水電及新能源處副處長(zhǎng)陸建宇表示。

電力調(diào)度不僅關(guān)乎電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，更關(guān)乎千家萬(wàn)戶用電和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。今年，國(guó)家電網(wǎng)有限公司“一體四翼”發(fā)展布局提出將進(jìn)一步加強(qiáng)全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，完善跨省備用共享機(jī)制，統(tǒng)籌全網(wǎng)調(diào)峰資源，在電源清潔化水平快速提升的基礎(chǔ)上，繼續(xù)助力新能源利用率保持在較高水平。

火電的靈活性改造一直是提升電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)能力的重要內(nèi)容。2020年，“三北”地區(qū)完成火電機(jī)組改造2466萬(wàn)千瓦。“十三五”期間，國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)內(nèi)累計(jì)完成煤電機(jī)組改造1.62億千瓦，其中“三北”地區(qū)完成火電機(jī)組容量改造8241萬(wàn)千瓦，增加調(diào)節(jié)能力1501萬(wàn)千瓦。

“簡(jiǎn)單來(lái)講，火電靈活性改造，就是解決‘吃’和‘消化’的問(wèn)題。所謂‘吃’就是燃料，所謂‘消化’就是運(yùn)行控制，兩者缺一不可。”東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院博士生導(dǎo)師呂劍虹這樣解釋靈活性改造的實(shí)質(zhì)。

呂劍虹介紹，機(jī)組靈活性改造主要包括兩個(gè)方面的含義，一是增加機(jī)組運(yùn)行靈活性，即要求機(jī)組具有更快的變負(fù)荷速率、更高的負(fù)荷調(diào)節(jié)精度及更好的一次調(diào)頻性能;二是增加鍋爐燃料的靈活性，即機(jī)組在摻燒不同品質(zhì)的燃料下，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒以及機(jī)組在摻燒工況下仍有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。

想要電網(wǎng)更加靈活，不僅要改造“火”，還要利用“水”。3月19日，國(guó)家電網(wǎng)發(fā)布了服務(wù)碳達(dá)峰碳中和、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、加快抽水蓄能開(kāi)發(fā)建設(shè)重要舉措。一座座抽水蓄能電站開(kāi)工建設(shè)，對(duì)于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、提高電力安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、促進(jìn)節(jié)能減排和清潔能源消納等具有重要意義。

陸建宇解釋?zhuān)笠?guī)模開(kāi)發(fā)的風(fēng)電最終能順利并網(wǎng)消納，需要大規(guī)模抽水蓄能電站來(lái)實(shí)現(xiàn)配套輸送。抽水蓄能電站利用電力系統(tǒng)中多余電能，把下水庫(kù)內(nèi)的水抽到上水庫(kù)內(nèi)，以位能方式蓄存起來(lái)，系統(tǒng)需要電力時(shí)，再?gòu)纳纤畮?kù)放水至下水庫(kù)進(jìn)行發(fā)電。

“抽水蓄能是目前技術(shù)最為成熟的大規(guī)模儲(chǔ)能方式，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲(chǔ)能、系統(tǒng)備用和黑啟動(dòng)六大功能，以及超大容量、系統(tǒng)友好、經(jīng)濟(jì)可靠、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，有效保障了高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和提升新能源利用水平。”陸建宇說(shuō)。

如今，抽水蓄能機(jī)組網(wǎng)廠協(xié)調(diào)能力不斷提升。以華東地區(qū)為例，今年，國(guó)網(wǎng)華東分部已經(jīng)成功組織了溧陽(yáng)、績(jī)溪、宜興等3家抽水蓄能電站完成首批成組啟停機(jī)優(yōu)化試驗(yàn)，并投入試運(yùn)行。優(yōu)化后，抽蓄機(jī)組啟停時(shí)對(duì)電網(wǎng)的功率波動(dòng)影響下降50%以上，抽水蓄能電站科學(xué)調(diào)度水平再上新臺(tái)階。

據(jù)了解，2020年，國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)抽水蓄能電站平均綜合利用小時(shí)數(shù)為2585小時(shí)，多消納新能源電量306億千瓦時(shí)。“十三五”期間，國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)抽水蓄能電站累計(jì)多消納新能源電量864.3億千瓦時(shí)，抽水蓄能已成為新型電力系統(tǒng)促進(jìn)新能源消納，服務(wù)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要支撐。

源荷互動(dòng)

今年年初，國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司承建的東北地區(qū)首個(gè)火電—儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰示范工程并網(wǎng)運(yùn)行，該工程成為科技項(xiàng)目“儲(chǔ)能融合火電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)的源儲(chǔ)網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”成果落地的重要一環(huán)。

“按照吉林電網(wǎng)現(xiàn)有的調(diào)峰需求，以單個(gè)火電廠增配5萬(wàn)千瓦/20萬(wàn)千瓦時(shí)的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電站來(lái)測(cè)算，一年可為新能源發(fā)電增加上網(wǎng)空間9000萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2.7萬(wàn)噸，減排二氧化碳7.3萬(wàn)噸。”吉林電力科學(xué)研究院新能源技術(shù)研究專(zhuān)責(zé)王佳蕊介紹。

在推進(jìn)火電機(jī)組靈活性改造、滿足新能源調(diào)峰需求的同時(shí)，國(guó)網(wǎng)吉林電力還通過(guò)優(yōu)化新能源機(jī)組運(yùn)行管理，提升了新能源利用率。

“風(fēng)電場(chǎng)單場(chǎng)站容量小、接入點(diǎn)分散，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)和解決電能質(zhì)量問(wèn)題的能力弱，急需可靠的現(xiàn)場(chǎng)并網(wǎng)性能測(cè)試和技術(shù)監(jiān)督。”中廣核大崗子風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維總監(jiān)郭永剛說(shuō)出了很多新能源場(chǎng)站面臨的共同問(wèn)題。如今，國(guó)網(wǎng)吉林電力初步建成了新能源優(yōu)化運(yùn)行管理與調(diào)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源場(chǎng)站涉網(wǎng)性能、運(yùn)行質(zhì)量的全息立體診斷，輔助電網(wǎng)側(cè)有針對(duì)性地加強(qiáng)新能源涉網(wǎng)安全管理，提供技術(shù)支撐服務(wù)，促進(jìn)新能源場(chǎng)站運(yùn)行水平提升。

源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)支撐平臺(tái)基于市場(chǎng)機(jī)制，引導(dǎo)分布式發(fā)電、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、智能家居等負(fù)荷主動(dòng)參與電網(wǎng)調(diào)控，增強(qiáng)了電網(wǎng)備用、調(diào)峰、調(diào)頻能力。以可調(diào)節(jié)資源庫(kù)建設(shè)為基礎(chǔ)，國(guó)家電網(wǎng)積極拓展源網(wǎng)荷儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景，不斷挖掘各類(lèi)調(diào)節(jié)資源潛能，進(jìn)一步促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”“荷荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。

不僅如此，國(guó)家電網(wǎng)還聚焦電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，開(kāi)展多元智能協(xié)同調(diào)度，完善了調(diào)度支持手段，在陜西，開(kāi)發(fā)虛擬電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將常規(guī)電源、新能源等多種電源組成聯(lián)合控制單元，通過(guò)多能互補(bǔ)和復(fù)雜斷面的協(xié)調(diào)控制，智能化實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電最大化;在四川，研發(fā)聯(lián)合運(yùn)行控制與智能調(diào)度系統(tǒng)，優(yōu)化提出水光蓄聯(lián)合運(yùn)行模式及調(diào)控方式，支撐水電和光伏電站中長(zhǎng)期、日前、日內(nèi)滾動(dòng)發(fā)電計(jì)劃制定;在安徽，開(kāi)展虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)，初步建成虛擬電廠集中控制平臺(tái)，具備類(lèi)似常規(guī)電廠的調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓能力。

此外，國(guó)家電網(wǎng)還攻關(guān)新能源關(guān)鍵技術(shù)，精細(xì)化分析新能源及網(wǎng)架運(yùn)行特性，在保障安全的情況下大幅提升通道送出能力。

5月6日，華北電網(wǎng)新能源最大發(fā)電電力達(dá)9600萬(wàn)千瓦，占當(dāng)時(shí)華北電網(wǎng)負(fù)荷比例的46.5%;日發(fā)電量達(dá)15.46億千瓦時(shí)，占華北電網(wǎng)當(dāng)日用電量的33.7%，發(fā)電電力和電量均創(chuàng)歷史新高。當(dāng)日新能源發(fā)電出力創(chuàng)新高時(shí)，國(guó)網(wǎng)華北分部對(duì)新能源發(fā)電出力的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)97%，為新能源高比例納入電力平衡和高效消納提供了支撐。

“我們?cè)谡{(diào)度系統(tǒng)首次應(yīng)用了電磁暫態(tài)仿真技術(shù)分析新能源送出能力，研究細(xì)化系統(tǒng)短時(shí)過(guò)電壓耐受能力，提高新能源送出能力。今年4月，錫盟特高壓送出工程、張北—雄安特高壓交流工程送端的新能源送出能力分別提高到了370萬(wàn)千瓦、290萬(wàn)千瓦，較原能力分別增加220萬(wàn)千瓦、90萬(wàn)千瓦。”華北電力調(diào)控分中心主任江長(zhǎng)明表示。

省間互濟(jì)

跨區(qū)輸電是解決新能源消納、加強(qiáng)區(qū)域資源互濟(jì)的重要渠道。想要為網(wǎng)內(nèi)富余新能源“謀出路”，可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的跨省互濟(jì)必不可少。

3月15日，河南省結(jié)束了調(diào)峰相對(duì)困難的供暖期。“十三五”期間，河南新能源裝機(jī)容量年均增速達(dá)到93%，為全國(guó)增速最快的地區(qū)。在供暖期內(nèi)，河南電網(wǎng)“一日兩難”特征明顯，午間、后夜時(shí)段新能源電力存在較大消納壓力。

“省間調(diào)峰輔助服務(wù)機(jī)制本質(zhì)屬于發(fā)電替代，通過(guò)富余可再生能源電力對(duì)燃煤火電實(shí)現(xiàn)替代，可以提高新能源利用率，促進(jìn)火電減發(fā)減排。”國(guó)網(wǎng)華中分部相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，國(guó)網(wǎng)華中分部充分發(fā)揮省間調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制作用，利用省間通道剩余空間和網(wǎng)內(nèi)其他省份富余調(diào)峰資源，在電網(wǎng)調(diào)度環(huán)節(jié)靈活組織實(shí)施跨省調(diào)峰互濟(jì)，保障了河南電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

省間電網(wǎng)調(diào)峰互濟(jì)增多，是全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的重要體現(xiàn)。2020年，西北、東北、華北、華中電網(wǎng)組織省間調(diào)峰互濟(jì)分別達(dá)到3.5萬(wàn)次、700次、508次、280次，共計(jì)多消納新能源電量344.8億千瓦時(shí)，打破了省間壁壘，提高了跨區(qū)輸電通道利用效率。

值得注意的是，華中電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)于2020年5月15日正式運(yùn)行，進(jìn)一步豐富了消納河南新能源電力的調(diào)度“工具箱”。

4月27日，華中電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)開(kāi)展了首次調(diào)電結(jié)算試運(yùn)行，對(duì)華中電網(wǎng)調(diào)峰資源進(jìn)行跨省配置。其間，河南在低谷和腰荷兩個(gè)時(shí)段分別申報(bào)了調(diào)峰需求，湖北、湖南、江西分別申報(bào)了富余調(diào)峰能力。湖北、湖南、江西11家燃煤火電廠和抽水蓄能電站通過(guò)自主報(bào)價(jià)參與省間調(diào)峰輔助服務(wù)日前市場(chǎng)競(jìng)價(jià)，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)出清，湖北2家燃煤火電廠、江西3家燃煤火電廠和1家抽蓄電站中標(biāo)，其中，江西某抽水蓄能電站1臺(tái)30萬(wàn)千瓦機(jī)組在低谷時(shí)段抽水幫河南調(diào)峰。

這是華中電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)開(kāi)展的省間調(diào)峰輔助服務(wù)交易品種之一。華中電力調(diào)控分中心調(diào)度計(jì)劃處副處長(zhǎng)黃海煜表示，目前華中電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)有兩個(gè)交易品種，除上述的省間調(diào)峰輔助服務(wù)交易外，另一個(gè)是省間備用輔助服務(wù)交易。

“省間調(diào)峰輔助服務(wù)交易是指在省內(nèi)火電已達(dá)最小開(kāi)機(jī)方式且省內(nèi)調(diào)峰資源用盡后，負(fù)備用不足省的發(fā)電廠與調(diào)峰資源富余省的發(fā)電廠之間開(kāi)展的日前、日內(nèi)省間發(fā)電替代交易和抽水蓄能機(jī)組跨省調(diào)用;省間備用輔助服務(wù)交易是指省級(jí)電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)正備用容量無(wú)法滿足備用要求時(shí)，正備用不足省級(jí)電網(wǎng)企業(yè)與備用富余省的發(fā)電廠之間開(kāi)展的日前省間備用容量交易。”黃海煜解釋道。

燃煤機(jī)組參與深度調(diào)峰時(shí)，不但供電煤耗會(huì)增加，對(duì)機(jī)組壽命也會(huì)有較大影響。在讓煤電承擔(dān)更多調(diào)峰功能的同時(shí)，如何補(bǔ)償這份責(zé)任造成的損失，也是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

對(duì)此，國(guó)網(wǎng)能源研究院副總工程師馬莉指出，一是構(gòu)建調(diào)峰、備用省間輔助服務(wù)市場(chǎng)，省內(nèi)調(diào)節(jié)能力不足時(shí)可以省間調(diào)峰。二是構(gòu)建輔助服務(wù)成本分?jǐn)倷C(jī)制，按照“誰(shuí)受益、誰(shuí)承擔(dān)”原則，建立用戶與發(fā)電共同承擔(dān)輔助服務(wù)成本的機(jī)制。三是豐富輔助服務(wù)交易品種，如開(kāi)發(fā)爬坡類(lèi)產(chǎn)品、系統(tǒng)慣性服務(wù)、無(wú)功支撐服務(wù)等。

此外，國(guó)家電網(wǎng)還為調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)的推進(jìn)提供了技術(shù)支撐。

自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)是并網(wǎng)發(fā)電廠提供的有償輔助服務(wù)之一，發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電出力。

今年以來(lái)，國(guó)網(wǎng)華北分部加大網(wǎng)企(廠)雙向交流溝通，組織聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)會(huì)加強(qiáng)宣貫，實(shí)施機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修“20%深度調(diào)峰改造優(yōu)先”等具體舉措。 華北電力調(diào)控分中心黨總支書(shū)記張哲表示，下半年，京津唐電網(wǎng)列入計(jì)劃開(kāi)展20%深度調(diào)峰改造機(jī)組32臺(tái)、總裝機(jī)容量1516萬(wàn)千瓦。20%~50%不同程度深度調(diào)峰改造機(jī)組8臺(tái)、總裝機(jī)容量262萬(wàn)千瓦，共計(jì)容量1778萬(wàn)千瓦，占當(dāng)前京津唐電網(wǎng)火電總裝機(jī)的25.6%，并將全部通過(guò)AGC自動(dòng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰。全部完成改造后，將提高京津唐電網(wǎng)調(diào)峰能力410萬(wàn)千瓦，相當(dāng)于增加約800萬(wàn)~1000萬(wàn)千瓦風(fēng)電機(jī)組建設(shè)空間，預(yù)計(jì)全年可增加新能源發(fā)電量200億千瓦時(shí)。 “調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行火電機(jī)組深調(diào)，通常低于50%需要退出AGC，通過(guò)電話指令對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰。但國(guó)網(wǎng)華北分部的AGC低于50%也不用退，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組出力深調(diào)自動(dòng)調(diào)整，自動(dòng)執(zhí)行市場(chǎng)出清結(jié)果，不用人為干預(yù)，效率顯著提高。”華北電力調(diào)控分中心計(jì)劃處處長(zhǎng)陳之栩說(shuō)。

(鄧立、李斌、黃艷蓓對(duì)本文亦有貢獻(xiàn)。)