基于可再生能源高比例消纳的供电企业“323”协同发展管理模式研究

钱仲豪 茅 雷 王 谦 张 骏

（国网南通供电公司，江苏 南通 226006）

随着我国能源结构的不断优化，各种类型的能源相互耦合消纳，促进了可再生能源的高效利用。多能互补系统以全面调度管理和系统优化运行手段，使能源管理模式发生了改变。提高可再生能源利用效率，促进可再生能源消纳，有助于早日达成“双碳”目标以及改善各类能源用电负荷，对改善环境污染和建设绿色社会具有重要的现实意义。

一、可再生能源高比例消纳基础能力分析

（一）东部沿海城市可再生能源的资源分布特点

在我国东部沿海地区的可再生能源发电项目开发过程中，相关地区和城市的可再生资源储备丰富，太阳能、风能等可再生能源发电比重逐年上升。截止到2020年，江苏省光伏发电装机容量已超过一千万千瓦，风电累计装机已达到九百万千瓦。近年来，核电已经成为东部沿海城市可再生能源发电主要力量，促进了生产结构和能源消费方式向低碳化和可再生化转型。

我国东部沿海地区和城市的可再生资源开发量较大。根据相关数据，在参考低风速区域资源的状况下，东部沿海城市陆上风力资源可开发量达到了8.96亿千瓦，海上风能资源为2.11亿千瓦，合计约为11亿千瓦。

东部沿海地区集中式的光伏发电站可开发量为3.6亿千瓦，分布式可再生能源装机的潜力是5.3亿千瓦，把光伏发电建筑考虑在内，则达到9亿千瓦。东部沿海地区房屋建筑面积约为十万平方公里，且三十年后总用电量的四分之一将是通过光伏发电产生的，设备所需占地安装面积大约为东部沿海地区现有房屋面积的25%。目前，中东部已开发的风能资源和太阳能资源占可开发资源量的比例不足1/10，大多资源还未利用起来。考虑到生物质能、地热能、海洋能、潮汐能等实际情况，东部沿海地区的可再生能源发展前景较好。

（二）东部沿海城市可再生能源的电网发展特点

1.东部沿海城市可再生能源的电网发展特点

伴随着西北地区弃风和弃光问题日益尖锐，构建负荷中心可再生能源消纳前景道路成为能源发展的一条途径。在《风电发展“十三五”规划》中，明确提出要重点推动苏、浙、粤、闽四省的海上风电建设进程。光伏方面，发展中心也逐步由西部向中东部沿海地区转移。风能资源和光伏资源为代表的可再生能源会在华东区域得到进一步规模化发展。

华东地区可再生能源发电的比重较低。沪、苏、浙、皖和闽四省一市被包含在东部地区的华东电网的供电区域。近年来，该电网以长三角城市群为核心，基本形成了受端电网局面。沪、江苏南部、浙江北部和安徽南部构成了华东五百千伏主环网。被纳入华东电网的跨区直流一共有八回，总额定容量39760MV。

按照华东地区能源发展规划，到2025年，风电和光伏将进一步翻倍增长，得到迅猛发展。随着可再生能源装机的不断发展，电网在未来可能会出现消纳压力。

2.东部沿海城市可再生能源的特性

（1）风电出力特性

相关资料表明，华东电网2019年至2020年8月的风力出电范围在10%～20%的占比最大，在20%～30%的比重则位于第二，在60%以上的情况基本不会发生。因此，可以推断出华东地区秋冬季节风力资源较为丰富，夏季风力资源则相对匮乏。

（2）光电出力特性

据资料统计，光伏日出力的顶峰时间段大约集中在11时至13时。2020年华东电网光伏电站发电峰值集中在夏季，而分布式可再生能源在秋季发电量大。

（3）风、光互补特性

风电利用小时数夏季低秋冬高，而光伏发电利用小时数夏高秋冬季节低，故而风电和光伏具有互补性。光伏发电一般集中在正午时间段，风电出力在中午时段较小，因此微观上风电与光伏出力也具有弱互补性。

（三）东部沿海城市可再生能源电网消纳现状

可再生能源发电装机规模在总体上呈现较大的上升趋势，客观系统评价电网消纳可再生能源的能力是促进可再生能源渗透率和保证系统安全稳定运行的前提。电力平衡约束和电网安全约束是可再生能源高比例消纳的两个核心问题。从电力平衡的视角出发，以多状态概率模型来描绘东部沿海地区可再生能源的发电特点，从而提出以电网拟接入的风光等可再生能源的装机规模、损电量、消纳电量和在无约束情况下，来评估电网的消纳能力，然后形成可再生能源消纳能力分析模型，为评估东部地区消纳可再生能源的能力探索出切实的方法。

二、东部沿海城市可再生能源高比例消纳的路径

（一）可再生能源高比例消纳的基础发展路径

1.形成高度开放的市场能源体制

坚守能源供应安全可靠的底线，建立健全能源法治体系。通过允许社会资本以自主的形式参与市场竞争，构建出高度开放、良性竞争的能源市场体制。采用市场优化配置资源的决定性作用，激发能源的商品性。完善价格机制，引导和鼓励形成清洁、节约、高效的能源生产和消费方式。

2.构建互联、共享的多元供给体系

以柔性输电技术和特高压交直流输电技术为手段，不断扩大可再生能源的输送途径和消纳范围，进一步发挥不同区域间的能源互补性和时空互补性。在配网层面，促使电动汽车、分布式电源、灵活调节负荷等可控分布式设备的主动接入，使相关方具备生产者和使用者双重属性，并通过能源路由器打造各个节点之间的信息交换平台，促进能量在各个环节之间灵活双向高效流动。

3.引进能源新兴技术的革新应用

一是开发利用更先进的可再生能源发电设备，尤其是在家用和商用方面。二是不断优化和提升智能配网的领域技术，重点发展特高压输电技术，实现可再生能源远程大容量的优化配置。基于先进电子技术和信息技术，发展具有智能管理、智能故障识别、支持分布式设备接入等功能的新型智能电网。三是进一步发展电转气等新型能源技术，以电能为连接器打通各种能源形式之间相互灵活转化和应用。

4.建设能源互联网发展协调机制

构建“发、输、配、用”分层互动的技术系统，明确基于电价和激励的配用环节互动策略；构建可再生能源监测体系，强化绿色调度数据支撑，强化月度指标考核和信息发布；加强日间预测和优先调度评价，加大日内运行监视和智能控制；构建绿色调度评价指标体系，创建一体化的绿色调度评价流程，应用风光优先调度评价平台，规范弃风（弃光）电量计算。

（二）可再生能源高比例“三个协调”的系统创新路径

1.源网荷储协调优化

将“源-网-荷-储”配套解决方案囊括在内的运营方案即为“源网荷储”一体化系统。“源-网-荷-储”四者之间通过多形式的交互感应与协调运作，有助于实现电力系统功率的动态平衡，精准控制可中断的用电负荷和储能设备，保障电网安全运行，改善可再生能源并网过程中对电网产生的波动性等问题。

2.电网政企协调机制

图8a展示了Loppa高地西部、Bjørnøya盆地内的气烟囱分布的地震反射杂乱特征，覆盖面积达36 km2，终止于白垩纪地层的顶部。Bjørnøyrenna断裂复合带（BFC）（图1）小的气烟囱位于断裂的右侧（图8a）；推测气体沿着这些断层向上迁移。Polheim子台地识别出一个超大气烟囱（图8b），宽大约为12 km，覆盖面积达130 km2，显现声学假象特征。

加强政企协同，横向和政府部门积极对接，掌控好政府能源部门对可再生能源发展项目的规划和政策，形成定期沟通机制和常态合作关系，在电网规划、资源规划、项目工程建设、能源接入等方面展开全方位合作，促进政府主导的可再生能源规划方案与电网规划的融洽对接。

3.电网系统调度优化

构建电力能源利用效果模型，提升可再生能源消纳；搭建能源系统智能管理平台，从能源定时监测、能源信息输出、能效研判、能源数据预测、能源调度、能源平衡、需求侧响应服务等多方面优化能源互联网调度。

三、东部沿海城市可再生能源高比例消纳的发展策略

（一）实行风光资源大规模开发的时序配合管理

在东部沿海城市可再生能源发电项目容量规模和站址优选已确认后，确保可再生资源的合理配置，制定优化目标、构建优化模型、选择解决方法，对该区域的可再生能源发电项目的发掘和实施，设计出一套最合理的时间顺序协调决策方案。

以多目标决策理论和方法为出发点，以安全、绿色、节能、经济性为基本原则，以区域内二氧化碳排放量最小和烟尘废气排放量最低、煤炭使用率最小和效益成本最优为决策的目标函数，以电量保障约束、装机容量规模约束、备用容量可靠性约束、污染物排放量约束、电源结构下上界约束、机组出力约束和最早投运年限约束等为约束条件。

优化模型应以经济效益优先、生态效益高、化石能源消耗最低为目标，在满足电力需求和负荷的前提条件下，参谋能源供给状况和环境保护效益约束条件，以及经济、能源、环境三者协调发展的最终目的。以南通市为例，针对电网承载力开展计算，以可再生能源承载力评估计算结果为指导，合理开展可再生能源规划评审，科学有序引导可再生能源接入，优先考虑规划绿色区域、避免扎堆接入黄色区域、积极调整疏导红色区域，促进可再生能源高比例消纳。

（二）可再生能源开发的技术方法及装备管理与电网融合应用

1.虚拟电厂

组成虚拟电厂的主体呈现出规模化与多样化的特点，其运作方式也更为复杂，使得认知主体和调度管理的难度也更大。首先，虚拟电厂中各个主体的不稳定性较大，难以实现精确的物理模型构建。其次，用户的多方行为、多种终端间的耦合极大地降低了虚拟电厂参与能量管理、参与市场交易的可行性。在这种情况下，拟用数据驱动的方式对实现参与主体的精准认知与合理调度、市场交易决策的制定具有明确的指向性。

2.激励模型应用

分布式能源由于自身容量约束和功率限制，一般无法直接参与电力市场的各品种交易，受自身功率输出的不稳定性影响，在电力市场交易中的竞争力较弱且承担的风险成本较高。为有效防范可再生能源偏差考核风险，针对可再生能源较大的特点，构建完备的可再生能源上、下调服务鼓励机制，激励发用电两侧积极参与市场化交易，减少系统供需平衡偏差，以提升电力市场活力，促进自由交易。

（三）电力市场激活电网灵活性的管理模式

1.调整日前市场

省间增量交易、需求侧响应交易、调频辅助服务、省内电能量交易这4个交易品种被包含在日前市场内。首先，相关机构应根据边界数据来进行实时调度，并组织好省间增量交易和需求侧响应交易，然后把交易结果作为省内电能量市场交易的边界数据。其次，利用好安全约束机组组合算法，以合适的购电成本为目标确定燃煤机组的开停方式。再次，组织调频辅助服务市场交易，并根据调频市场出清结果，对发电机组的发电能力进行修正。最后，通过SCED模型对日前发电计划进行校正，以获得实时出清结果。日内机组组合则用于衔接日前市场和实时市场，以适应可再生能源预测偏差、负荷预测偏差对电网运行的影响。

2.辅助服务市场设计方面

坚持以中长期交易为主、现货交易（辅助服务交易和电能量交易）为补充的原则，鼓励和推动可再生能源保障性电量以外的部分积极参与市场竞争，逐步扩大可再生能源参与市场竞争电量的交易比重，从而促进东部沿海城市电网可再生能源消纳水平的提升。

3.零售市场设计方面

用户根据自身需求和售电公司在“去中心”化的电力交易平台上签订交易合同。随着非市场化用户数量的逐步减少，市场化用户和个性化售电套餐的不断增多，将使更多需求侧的灵活性资源能够参与到系统平衡调节中，更灵活的零售电价对需求的调节作用也更为明显。

四、结语

高效地开发和利用可再生能源是实现“碳达峰、碳中和”的重大战略性举措。优化可再生能源并网接入和调度运行，规范可再生能源参与市场化交易，及时发现可再生能源发展中存在的突出问题，有助于保证可再生能源得到高效的利用，进一步促进可再生能源企业的高质量发展。供电公司可再生能源高比例消纳协同发展管理工作的推进，将促进多能融合协同发展管理策略逐步成型，使可再生能源开发的技术方法及装备水平管理得到质的提升，并为可再生能源高比例消纳协同发展管理提供实践经验，助力管理攻关，提升电网发展的经济效益和社会效益。