新疆环塔里木盆地新能源接纳能力分析

田寿涛，辛超山，范 靖，高 明，陈 诚，刘新刚

(1.国网新疆电力有限公司经济技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；2.中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司，新疆 乌鲁木齐 830001)

0 引言

新疆是我国能源资源富集区，在全国能源电力发展中具有较强的区位优势。为积极助力实现“碳达峰、碳中和”目标，新疆“十四五”期间将加快推进新能源建设力度，深入调整电源结构，稳步发展“疆电外送”，推动新疆电力工业高质量发展。

环塔里木盆地太阳能资源丰富，水平面年太阳总辐射量多在5 100～7 400 MJ/m2之间，大部分地区的年日照小时数在2 600～3 200 h之间，独特的沙漠环境适合大规模建设光伏电站。塔里木盆地东沿的罗布泊风区是新疆著名的“九大风区”之一，年平均风功率密度大于等于150 W/m2的储量约20 500 MW，技术可开发量为16 000 MW。考虑到环塔里木盆地绿洲经济特点、负荷发展水平以及特殊的网架结构，需要从多方面考虑新能源开发建设规模和电网接纳能力。

综合考虑当地丰富的新能源资源条件、特殊地理环境和电网供用电特点，本文以电力平衡、变电容量平衡、储能容量配置等多个约束条件分析新疆环塔里木盆地新能源接纳能力，提出多项保障措施用于保证新能源电站的消纳，为新能源的规划建设提供技术支撑。

1 新能源接纳能力分析方法

目前，国内外对新能源发电并网消纳的研究方法较单一。文献[1]和文献[2]从电网调峰能力和调度运行方面分析研究电网对风电的接纳水平。文献[3]从电力平衡、电量平衡和调峰平衡的角度对新疆南疆四地州区域光伏电站消纳能力进行分析，判断光伏电站的消纳方向，指出能源发展的几个关键问题，从而提升新能源的消纳能力。文献[4]通过建立常规机组、新能源机组、负荷的概率模型，运用卷积积分求出系统充裕度，在给定指标情况下进行调峰计算。文献[5]和文献[6]在综合考虑负荷峰谷差率、系统备用容量、各类电源调峰能力和联络线功率调节等因素的基础上，考虑电力平衡的充裕度、节能减排、新能源消纳等因素，提出了可再生能源需求的计算方法。

电力平衡、电量平衡、调峰平衡分别表示电力系统在时序上电源出力与负荷需求、电源可发电量与系统需发电量、电源调峰能力与系统调峰需求之间的平衡情况。然而对于局部电网来说，电网互济能力强，电力平衡和调峰容量无法衡量局部区域新能源的接纳能力。因此，对局部电网需考虑网架结构约束条件下的电力平衡，同时结合储能新形式进行分析，从而获得局部电网在断面送出能力、电力平衡、变电容量平衡等约束条件下的新能源接纳能力，并分析研究配置一定容量的储能。

2 约束条件下的新能源接纳能力定量评估

2.1 环塔里木盆地新能源基地发电布局总思路

环塔里木盆地新能源基地发电布局总思路主要包括5个方面：

1)充分利用环塔里木盆地五地州之间断面送电能力，加快布局750 kV电网，实现全疆范围内的新能源电力消纳和资源优化配置，通过分析夏季小负荷午间低谷负荷(以下简称“夏小午谷”)方式下的电力盈亏，确定五地州可新增新能源装机。

2)新能源发电布局还要兼顾经济可行性，在风能或太阳能资源好的地方优先建设，使新能源发电能够在“十四五”期间平价上网，确保项目的可行性。

3)充分考虑新疆风能和太阳能分布特点，在发挥各地州新能源资源优势的前提下，尽量整装布置，充分利用“十四五”电网规划成果，尽量充分发挥电网的送出能力，避免电网重复建设。

4)通过国网新能源云消纳计算平台，验证“十四五”末期环塔里木盆地五地州新能源利用率和弃电量，判断新能源分布是否合理。其中，五地州是指和田地区(以下简称“和田”)、喀什地区(以下简称“喀什”)、克州地区(克孜勒苏柯尔克孜自治州，以下简称“克州”)、阿克苏地区(以下简称“阿克苏”)和巴州地区(以下简称“巴州”)。

5)通过对环塔里木盆地五地州750 kV变电容量计算，分析五地州盈余电力的送出能力，判断新能源分布是否合理。

本文重点从1)、3)、4)、5)四个方面对环塔里木盆地五地州的新能源布局进行分析。

2.2 断面约束能力分析

到“十四五”末，新疆电网将建成环塔里木盆地的750 kV环网结构[7]，满足新疆南疆五地州“煤改电”用电需求，推进环塔里木盆地能源资源优势转换。然而受供电距离影响，网架支撑能力弱，断面送出能力有限。运用电力系统分析综合程序(PSASP)对环塔里木盆地电网暂态稳定性进行分析计算，得出环塔里木盆地各地州的断面间交换能力为2 000～6 000 MW，如图1所示。

图1 2025年环塔里木盆地五地州断面交换能力示意图

2.3 考虑电力平衡约束条件的新能源接纳能力分析

对环塔里木盆地五地州进行夏小午谷方式下的电力平衡分析，结果如表1所示。从电力平衡结果看，“十四五”期间夏小午谷方式下，在不考虑规划新增的新能源装机情况下，五地州有一定的电力盈余，最大盈余仅为610 MW。

表1 环塔里木盆地五地州夏小午谷电力平衡分析结果 MW

结合各地区断面之间的网架交换能力，对各地区可接纳新能源装机容量进行预测，结果如表2所示。

表2 环塔里木盆地五地州新能源装机缺口预测结果 MW

环塔里木盆地光资源丰富，风能资源仅分布在塔里木盆地东沿、巴州地区东部。结合地区资源分布特点，估算各地区风电、光伏装机规模如表3所示。

表3 环塔里木盆地五地州新能源装机规模估算表 MW

从上述电力平衡和断面交换功率极限预测至“十四五”末，环塔里木盆地五地州可新增光伏装机6 700 MW、风电1 800 MW。

3 新能源接纳能力校核

通过上述约束条件对环塔里木盆地五地州新能源接纳能力进行预测，利用国网新能源云平台(利用率和弃电量)、电力平衡及750 kV变电容量平衡角度对新能源接纳预测结果进行校核。

3.1 采用新能源云平台校核

电网公司新能源云平台通过对火电机组出力、调峰能力、水电库容、断面功率交换进行预先设置，将负荷特性与风电、光伏出力特性相结合，以社会总体成本最小为目标原则，应用生产过程模拟思路，对各省市县单位进行新能源(风电和光伏)装机规模、新能源利用率预测数据展示，实现各地区风电和光伏消纳预警。运用新能源云平台，从利用率和弃电量两个方面校核“十四五”末环塔里木盆地五地州新能源接纳容量，校核结果如表4所示。

表4 环塔里木盆地五地州新能源接纳容量校核结果

从计算结果可以看出，环塔里木盆地五地州由于受负荷水平低、调峰电源少、网架结构薄弱等因素影响，较全疆84.45%的利用率水平偏低，但是后期随着南疆“煤改电”二期项目、阿克陶抽水蓄能电站(4×300 MW)建设、储能电站建设等措施实施后，能够将利用率指标提升到电网公司要求的90%以上。

3.2 考虑电力平衡及750 kV变电容量进行校核

电力平衡是表示电力系统在时序上电源容量与负荷需求之间的平衡情况。对“十四五”末环塔里木盆地五地州新能源预测接纳容量，利用电力平衡进行分析，校核750 kV变电站的变电容量是否能够满足送出要求，计算结果如表5所示。其中，喀什、克州供电区电网相互交错，作为一个区域统一考虑。

表5 环塔里木盆地五地州电力平衡及750 kV变电容量校核分析

从计算结果可以看出：规划的新能源投运后，存在一定的电力盈余；通过变电容量平衡分析可知，环塔里木盆地750 kV变电容量完全能够满足送出要求。

4 储能容量配置研究

储能技术是解决可再生能源发电不连续、不稳定问题的重要手段之一，还能够增加系统的调峰能力，是推进可再生能源的普及应用、实现“碳达峰、碳中和”的关键技术，是国家实现能源安全、经济可持续发展的重大需求，是构建以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。由于环塔里木盆地火电和水电装机分别为8 950 MW和5 480 MW，且环塔里木盆地750 kV电网分别与新疆主电网和青海电网通过4回和2回750 kV线路相联络，调峰容量能够满足系统要求。在不考虑储能的条件下，2025年五地州中的和田、喀什、克州、阿克苏、巴州断面夏小午谷存在送出受阻风险，受阻容量合计达4 315 MW，计算结果如表6所示。

表6 2025年夏小午谷不考虑储能系统容量计算结果 MW

根据各地州之间电力受阻情况，对环塔里木盆地五地州配置相应容量的储能，从而减少地区之间的电力受阻，计算结果如表7所示。在和田最少配置200 MW的储能系统，喀什、克州最少配置950 MW的储能系统，阿克苏最少配置250 MW的储能系统，巴州最少配置400 MW的储能系统，则可以保证五地州“十四五”夏小午谷各断面基本无送出受阻风险。

表7 2025年夏小午谷考虑储能系统容量计算结果 MW

5 结语

本文从断面送出极限约束出发，基于电力平衡预测环塔里木盆地五地州新能源接纳容量，运用新能源云平台校核新能源的利用率，通过750 kV变电容量平衡校核网架的承受能力，并考虑配置储能容量，从而保证新能源开发容量的合理性，助力实现可再生能源高比例消纳。经计算，“十四五”期间，环塔里木盆地在配置1 800 MW储能容量后，可新增光伏6 700 MW、风电1 800 MW，分别占全疆总容量的55.8%和9.5%。本文提出的研究方法能够为重大战略区域新能源接纳容量估算提供思路。由于新能源出力的随机波动性，对电网调峰电源有一定的要求，本文尚未对环塔里木盆地的调峰能力进行分析。另外，本文从区域角度预测环塔里木盆地五地州新能源接纳容量，没有分解到区域内的各县市，后期还需做具体分析。