面向新能源消纳的电网规划方法分析

李 晔 吕海霞

（内蒙古电力经济技术研究院）

0 引言

从我国电网规模来看，目前难以全面承载新能源的使用，因为新能源发电存在一定的随机性和波动性，随着新能源高比例并网的深入实施，电力维稳愈发艰难，对电网调峰能力的要求也越来越高。再者，新能源高比例并网也相应的提高了电网安全运行风险，同时因为我国新能源资源分散不均衡，大幅提高了网架输送难度。电网能够以各种渠道增加新能源的消纳能力。其中最值得一提的是储能，储能能够有效提升电网调峰能力，对电网的作用是无法取代的。面对电化学储能成本逐渐降低，国内或许即将步入“光储平价”时代，将逐渐提升驱动储能装机规模。

1 新能源消纳的概念

新能源消纳能力是指，在新能源资源及并网容量、常规电源装机、负荷水平条件下，受电力系统安全稳定运行约束下，能发多少电量的问题［1］。过去，我国新能源装机容量快速增长，而受系统调峰能力不足、网架限电、供电负荷增长缓慢、外送计划电量偏低等多重因素影响，新能源电力消纳无法全面展开。使得我国的一些地区，尤其是拥有丰富的新能源资源，用电负荷却增长缓慢的“三北”地区，始终保持较高的弃风、弃光率，对新能源的利用率比较低。因此，如今想要全面处理好消纳问题，重点就是要完成储能和电网升级。

2 新能源消纳与电网规划结合的要求

为了促进新能源和传统电力的同步发展，应根据电网发展规划采取相应的发展措施，从而有效提高电网的供电可靠性和安全性［2］。在新能源消纳过程中，还需要制定科学合理的方案，以满足电网规划中关于节能环保和市场运作方面的要求。在实施新能源消纳方案时，需要考虑以下几个方面：

（1）以灵活多变的输电线路规划为基础，充分发挥出其作用，能够有效减少新能源并网带来的负面影响，尽可能的保障电网的稳定性。重点是要实现新能源就地消纳，提升电网规划的专业可行性，促进电网安全运转。若无法全面发挥出新能源就地消纳能力，相关人员需根据实际情况采取相应的处理措施，消除所有存在于电网规划中的问题。

（2）为了确保输电系统的正常运转，同时以最小化电网运行成本为目标，新能源的消纳工作必须在不干扰输电系统的前提下进行［3］。在电网规划中，需要合理规划新能源的消耗比例。由于新能源开发需要巨额投资，因此必须确保每年能够生产和使用一定比例的新能源，如此才能确保回报率。而且，在进行电网规划时，对于新能源无法消纳的电能，要展开全面的分析并进行有效的处理，以提高新能源的经济效益和可持续性。

3 面向新能源消纳的电网规划方法

3.1 协同新能源发展电网规划

能源问题已经成为全球亟待解决的问题，并已经对全球的生态、社会经济和人民生活等多个方面产生了重大影响［4］。为了缓解能源短缺问题，新能源已经逐渐应用于电网建设中，以减少对有限能源的消耗和环境污染。而在这个过程里，各部门最关注的就是如何构建协同新能源发展的电网建设系统。该系统的建立，不仅能够对电网建设的全面实施提供可靠的保障，还有助于新型电网运行模式的建立，且全面增加电网效益。为了有效提高新能源的利用率，要进行全面的电网规划，尽可能的减少新能源消纳所造成的影响，以促进新能源的发展并确保电网的安全性和稳定性。

3.2 进行就地消纳

为了更好地利用新能源，可以将其转化为热能来提高就地消纳能力，特别是在供热需求较高的地区。为了提高供热质量，需要研究锅炉消纳新能源的优化方案，以更好地利用新能源。然而，在锅炉消纳新能源的过程中，光伏发电功率和风电处理功率之间的平衡非常重要，它会限制功率平衡并降低工作效率。因此，我们需要研究如何平衡光伏发电功率和风电处理功率，以最大程度地提高新能源的利用效率。

一般情况下，我们常使用的锅炉消纳能源方式有两种，一种是采取并入主电力网的方式，对新能源电厂和常规机组进行统一操作，同步完成负荷波动调节，并利用热负荷工作供暖，通过热变电产生电力，这种方式可以满足各种电力负荷的需求［5］。另一种方式是利用锅炉将电能转化为热能，并通过热电机组的发电工作来满足各种负荷需求，从而让热电机组不受机组热变电的约束。

3.3 做好数据中台建设

数据中台不但能够有效处理存在于新能源消纳中的问题，而且电网的数字化转型也是以其为导向。一共包含四层，分别是数据源层、数据资产层、分析层和应用层［6］。在提取相关数据时，一定要保证数据的有效性，同时因为新能源数据时常处于不稳定的状态，所以要求在有限的时间内快速稳定的完成捕捉。因此，采用高效、稳定的数据捕捉技术，建立完善的数据质量控制机制，并充分考虑数据安全和隐私保护等因素，是实现数据中台建设的关键。

3.4 提升电网调峰水平

由于光伏和风电能量产生存在较大波动和不可控因素，因此在高峰期难以发挥其最大作用，同时也加大了电网调峰的难度。为了保证电网供电的稳定性，通常需要采用火力发电来平衡新能源输出，但这也会大大缩短火电机组的使用寿命。

例如，某电力公司日常都是采用新能源发电，其新能源装机容量与总装机容量的占比为64%，完全超出当地规定的共用负荷标准。然而，受当地可调节资源的限制，加之无法全面掌控新能源的发电量，该电力公司正接受着来自于新能源发电高峰和低谷的考验。若新能源全部开始发电，那么该电力公司输送的电力负荷为2×106kW，但是如果新能源无法有效发电，则会对该地区电网造成巨大的电力负荷压力，高达7×105kW，所以，该地的电网调峰能力满足不了新能源发电需求，这直接影响了该地区新能源产业的发展前景。

由此可见，在电网规划中，应根据实际需要合理采取措施，全面发挥出所有火电机组的作用，合理调节负荷，强化基础制程水平。同时，为了保证新能源项目的稳定运行，不仅要提供充足的储能资源，还要充分调配可调节的社会资源，以全面提高电网调峰水平。

4 具体算例分析

4.1 基本概况

本章以A省电网为研究对象，考虑到A省电网的拓扑结构和负荷分布情况，可以将其划分为五个不同部分（甲、乙、丙、丁、戊）。然而，根据风电资源情况，2021年A省新增的风电装机容量主要集中在甲地区，而电力负荷中心却位于丁地区，导致区域电网和断面输送的压力增大。因此，在制定电网规划方案时，需要综合考虑新能源分布和负荷分布情况，优化电网布局和调配方案，最大化利用风电资源，并保证电网稳定、可靠运行。

4.2 新能源消纳电网规划设计

在该地区，存在大量的风电资源，并网将对系统的调节造成巨大压力，并增加系统的运行成本，尤其是在甲地区，由于其较高的风电容量，其并网压力更大。为了解决这个问题，我们制定了多种备选方案，以提高并网能源的消纳效率和调节灵活性，同时确保所有线路之和不变。通过对新能源消纳能力进行评估，我们发现所有备选方案都符合消纳要求，包括基准方案在内。

4.3 评估结果

首先，虽然每种方案都存在一定的切负荷情况，但这种情况只会在非常少数的时间发生，并不会对区域性电力供需平衡造成重大影响。其次，对区域性电力系统运行模拟结果进行了分析，发现每种设定方案都存在不同程度的弃风问题，尤其是在甲、丁等地区。这一情况可以通过下图直观地呈现出来。值得一提的是，相比其他方案，P2方案的弃风量相对较小。该方案主要集中在增设甲地区甲一区和甲二区之间的输电通道，使甲二区剩余的风电资源经甲一区输送到乙、丙，从而减少弃风。此外，甲三区和甲一区也能够向丁区输送电能，以减少甲二区的弃风量。

图不同方案的弃风情况

4.4 系统运行成本分析

尽管在不考虑风电可变运行成本的情况下，每种方案的系统可变运行成本差异不大，但通过对P2和P3方案的运行成本进行分析，我们可以看出P2方案的明显优势。P2方案不仅具有最小的弃风量，而且整体运行成本最低，还能够满足电力供给平衡的基本要求。该方案的应用还加强了甲一区、甲二区等区域之间的联系，使得不同区域可以合作向丁区输送电能，形成了良好的互补效应。如果两个地区之间出现风电出力不平衡的情况，可以相互支援，确保电力供给的有效性。这一结果表明电网规划设计方法已经得到实际算例的验证。该方法可以充分反映电网规划方案的系统运行情况，实现新能源的有效消纳。电网规划人员可以从不同角度分析电网规划方案的优缺点，选择最优方案，并确保电网规划的高质量。

5 结束语

新能源消纳对电网规划设计提出了诸多挑战，也启示我们需要进行更加科学、合理的电网规划，以保障电网稳定性和新能源可持续发展。本文基于电网规划构建的思路，提出了一种面向新能源消纳的电网规划方法，并通过实际算例进行了验证。未来，我们还需要不断深化相关技术研究，探索更为高效、可行的电网规划方法，助力实现我国能源转型和可持续发展目标。