“十四五”时期山东电力系统应用前景研究进展

刘 洁，郭育硕

（桂林理工大学环境科学与工程学院，广西 桂林541004）

“十三五”期间以来，山东电力系统虽然呈现出快速发展的趋势，但随着电力系统的显著改善，山东电力系统也面临着严峻的运行压力[1]。能源储存是解决这个问题的有效手段，能源储存可以有效地提高电网的新能源消耗能力、峰值力、紧急电力保障能力，还可以和电机设备一起进行频率调节应用。根据山东电力网目前的状况，有必要去探索山东电力网的实际情况和应用前景。

1 研究现状及分析

“十三五”以来，山东省积极推进能源结构优化调整，清洁能源装机比例不断提高。山东省正努力促进可再生能源的发展，即风能、太阳能等自然生产的无穷能源。

山东省风电厂中所装配的所有汽轮或水、风力发电机组额定功率之和达到13.54 GW，较“十二五”末增长225.1%，位居中国第四。而太阳能光伏发电系统装机容量则成为第一，已增加至0.16 GW，约占11.5%。直至2019-12，山东省的可再生能源和新能源的电站容量为36.24 GW，约占全省的25.8%[2-5]。

“十四五”期间，山东省固有的可再生能源生产能力将进一步扩大，节能和原子能设备生产能力将持续提高。考虑到行政区域内各种电源的容量，估计至“第十四个五年计划”时期末，电力系统的最大容量将会小于13.2 GW。预计至2030年，电力系统的容量将小于18.4 GW。

由于山东省辅助服务市场深度控制补偿较低，火力企业对机械设备的灵活改造意向较低，改造动力不足。积极发展储能将是解决山东电网调峰需求的有效手段。“十四五”期间，山东调频资源有望充足。山东的新能源装机份额未来还会进一步提升，未来山东省新能源设备的比例将进一步提高。

山东电力网的总设备容量和总使用量虽然与德国电力网相似，但新能源装机比例却相差悬殊。

山东、德国电力网参数比较如表1所示。

表1 山东、德国电力网参数比较

2 讨论

图1展示了“十三五”以来山东省的电力负荷增长情况。过去3年间，山东电力系统“迎峰度夏”发生了电力不足的情况，而2018年最大高至6.6 GW。2019年，山东省因“凉夏”等原因而没有采取措施，例如行政措施、经济手段、技术方法与错峰、避峰、轮休等，但此年中省调用电设备全部运行时的总用电负荷最大负荷与最小负荷之差已增加至24 GW[6]。

图1 “十三五”以来山东用电负荷增长情况

随着人们生活水平的不断提高以及各项政策的扶持，山东电网夏季生活用电负荷不断增加，在极端天气和动力煤炭供应不足的情况下，缺口仍将进一步扩大。“十四五”期间，山东省的非常规能源发电厂装机容量将进一步扩大，“外电入鲁”、核电装机容量不断增加，统筹考虑省内各类电源最低稳燃负荷与最大负荷之比，预计到第十四个五年规划末，山东电力系统调峰容量缺少约1 320万kW，到2030年电力系统供应能力约达到1 840万kW[7]，如果不能及时增加调峰供应资源，山东电力系统安全稳定运行也将受到严重威胁。

国家电网有限公司党组书记、董事长毛伟明曾表示，考虑到支持发展可再生能源与新能源消纳，仍需进一步发展新型储能，最终才可能平衡发展的远景目标。“十四五”中国电企输配电价的核定将进入第二个监管周期，在此时期内，提供储能、负责供电一方的储能将伴随着中国电力生产、传输、使用和销售关系的总和改革的深入推进而将会遇到很多新的上升机会，建议密切关注行业发展动态，着重致力于电网侧储能的布局[8]。建议密切关注行业发展，积极探索电网侧储能设备的布局。

储能本身不仅不产生电量，甚至还会消耗电量，其价值在于为电网提供调峰调频等辅助服务，因此储电的价值和有利之处只能通过电力辅助服务市场、现货市场或其他政策来实现。随着电力市场化改革趋势，政府应为之制定合理的储能政策，促进储能的发展。山东省是全国现货市场的八个试点地区之一[9]，预计到2020-09现货试结算后，市场用户不再执行峰谷电价、输配电价固定，调峰辅助服务市场取消，调频辅助服务市场的电价包含机会成本电费，预计价格将会呈上升趋势。随着电力市场改革的持续深入，同时也会加大“外电入鲁”的力度，使煤等矿石、石化燃料的化学能转化为电能的机械设备等朝着多样性的方向发展，山东电网的机组承担电网调峰任务的特殊运行方式将会变得更加多样化，从而对电能的储存要求不再那么苛刻。2020年，大规模的调控力量和有限的电源火电调节正是山东所需要的。

有研究表明，抽水蓄能时两部分电力的价格可以嵌入独立的蓄能电站，但是很难确定两部分电源的容量和成本并实施[10]。建议可以像发电厂部分不依附外界而自主地储存电能一样成为单独而自立的个体来介入参加现货市场，也可以要求开发新能源企业和单位建造抽水储能电站或向负责供电的一方租借，用以调节峰谷用电问题，而电网侧独立储能电站可以收取租赁金。基于促进可再生能源消费、缓解负荷中心局部电网输电拥堵、确保山东省外电力输入通道安全等原则，优先在山东省北部和东部沿海区域新能源资源充裕，电力网内各发电厂、变电所和开关站的布局及连接它们的各级电压电力线路的连接方式较差的地区部署储能电站。

将电能可逆地进行存储和释放的新型电化学储能和机械储能（压缩空气储能、飞轮储能灯光）是将用电少的地方多余的电调往电能不足的地区，改变频率从而提升电能质量的有效措施[11]。压缩空气储能类似于泵储能空间，可以起到峰值整形的辅助作用。从长远来看，大容量、长延时、低造价的储能是山东电网的硬性需求。虽然计算储能需求很复杂，但除了泵式抽水蓄能外，通过火电机组灵活性转换，详细分析山东省能否实现外部电力的峰值形成以及核能发电能够提供的调峰容量仍存在一定不确定性[12]。

3 结论

综合上述，在“十四五”期间，山东省的电力系统调节灵活性改善的两个主攻技术方向为：提升火力发电机组的多样化调峰能力，加大抽水蓄能、储能、旋转叶轮式热力发动机等灵活性调节电源份额[13]。建议山东电力系统未来发展以建设电力系统调峰能力和提高安全可靠运行能力为重点，优先发展大型抽水蓄能电站，本着“广泛结合、互补”的原则，优先发展大规模抽水蓄能电站，鼓励发展分布式电化学储能电站。在提升山东省电力系统调节能力计划阶段中，预计储能在“十四五”期间会有240万kW的空间[14]。尽管储能技术反应速度快、配置灵活，然而囿于经济和安全的限制，大规模的应用仍然是困难的，但试点建设必不可少，制定适宜于山东省电网改革发展的储能政策，必须要根据山东省电网目前的现状以及其电力系统利益分配格局进行合理编制与划分。包括优先发展一批抽水蓄能电站项目，积极探索鼓励推进新能源电站配储能，促进风光电源侧配储能，探索推进电网侧储能。