青海地廣、水豐、光富、風好,具有得天獨厚的清潔能源資源稟賦。近年來,青海清潔能源發展迅猛,風電、光伏發電大規模集中并網,其波動性給電網調度和電力電量平衡帶來挑戰。國網青海省電力公司開展清潔能源多能互補探索與實踐,不斷增強電力系統運行靈活性,增強電力保供能力,提升新能源電量消納水平,打造新型電力系統省級示范區。
同一類型清潔能源、不同類型清潔能源之間都可互補
光伏發電方面,青海年利用小時數約1600小時,3月至9月出力較大,11月至次年2月出力較小,逐小時出力變率較大。海西州、海南州兩大光伏發電基地出現光伏小發的天數分別是22天、44天。由于地理位置不同,兩個基地的太陽能資源存在互補性,全省出現光伏小發的天數降至7天。光熱發電方面,青海年利用小時數約3600小時,1月、3月至5月、9月至10月發電量較多,6月和8月發電量較少。海西德令哈、格爾木和海南共和光熱電站互補運行后,全年日等效利用小時數小于2小時的天數共57天,主要集中在5月至7月。
青海風力發電年利用小時數約2100小時,2月至6月、12月出力較大,1月、8月至9月、11月出力較小。存在相鄰兩日的日發電量差異巨大、相鄰兩日的日發電量近似相等而出力曲線差異巨大等情況,逐小時出力變率較大。海西州、海南州出現風電小發的天數分別是1天、103天,通過資源互補,全省出現風電小發的天數為10天。
青海大型水電主要集中在黃河上游,瑪爾擋、龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、積石峽等水電站呈梯級分布。豐水年,青海水電月最大出力在9月,最小出力在1月,出力年內不均衡系數為0.4;平水年,月最大出力在8月,最小出力在11月,出力年內不均衡系數為0.3;枯水年,月最大出力在9月,最小出力在11月,出力年內不均衡系數為0.17。
在青海,不僅同一類型清潔能源可以實現資源互補,不同清潔能源之間也具有自然互補特性。
光伏發電與風電互補。根據青海氣象及清潔能源發電歷史數據,出現光伏小發時,風電基本為大發或中發;出現風電小發時,光伏基本為大發或中發。這表明青海的風能和太陽能資源在氣象上具有互補特性,風光互補能夠減小新能源波動性,提升日內保證出力,同時降低日調峰需求,季節性出力也變得更加平滑。
水電與光伏發電、光熱發電、風電互補。平水年,青海境內黃河上游梯級水電年不均衡系數為0.34,年內月電量波動較大;風電、光伏發電、光熱發電年不均衡系數分別為0.15、0.12、0.1,年內月電量波動相對較小。四種電源綜合后年不均衡系數下降至0.14,可有效緩解青海水電季節性電量不均衡引起的月電量不均衡問題。
風光水互補運行可平抑不同時間尺度上的電量不均衡性
青海基于太陽能、風能的天然互補性和地域廣袤帶來的發電出力平滑效應,優化集中開發布局、規模和配比,可使清潔能源本身的自然互補效益最大化,降低出力在各時間尺度上的不確定性。進一步利用黃河上游梯級水電站、光熱電站、儲能電站等可調節電源,在滿足合理的發電經濟性前提下,通過優化調度、互補運行,可平抑光伏發電、風電在年、月、日中長時間尺度上的電量不均衡性,以及小時級以內短時間尺度上的出力波動性,提高多能互補大型清潔能源系統輸出功率穩定性和輸電效率,滿足省內安全可靠供電和平穩外送需求。
年度優化調度方面,龍羊峽水庫具有多年調節能力,瑪爾擋水庫具有季調節能力。在全年總水量不變的情況下,有調節能力的水庫可發揮“蓄豐補枯”作用,將豐水期水量蓄在水庫,在平、枯水期加大出庫流量,緩解青海電網電量不平衡壓力。
日間優化調度方面,日間電量不均衡問題主要通過調節黃河上游梯級水電站、光熱電站出力來解決。在新能源電源大發時,具有跨日調節能力的梯級水電站蓄水,光熱電站通過儲熱系統蓄熱,以應對未來可能出現的不利天氣影響。在連續多天新能源發電不足時,具有跨日調節能力的梯級水電站放水,光熱電站發電,以滿足系統電力電量需求。
日內優化調度方面,日內多能互補主要通過把光伏發電量以水庫蓄水、光熱電站儲熱等形式進行轉化和時間上的重新分配來實現,使電源出力更好匹配省內負荷和外送需求。光伏大發時,通過水電站蓄水、光熱電站儲熱、儲能電站充電等方式促進光伏發電量最大化消納。光伏不出力時,水電站、光熱電站加大出力,與風電隨機出力共同滿足負荷需求,剩余不足電力通過調用儲能解決。
青海連續多年開展全清潔能源多能互補供電實踐
青海連續6年開展了全清潔能源供電實踐。每年的活動時間不斷延長,范圍持續擴大,形式更加多元,既有同一類型清潔能源的互補,也有不同清潔能源之間的互補。活動期間的清潔能源發電量累計達351億千瓦時,相當于減少燃煤消耗1596萬噸,減排二氧化碳2874萬噸。多能互補不僅在全清潔能源供電實踐中應用,還融入了國網青海電力日常保供電工作。相關經驗可概括為以下三點:
廣泛互聯的大電網是基礎。青海全清潔能源供電期間,通過實施大電網統一調度,實現跨省跨區電力供需平衡和備用容量安排,保障了電網安全運行,促進了清潔電量消納。
充足的調峰能力是前提。政府、企業、用戶等各方廣泛參與,最大限度發揮省間互濟能力、常規電源支撐能力、用戶側主動調節潛力,確保全清潔能源供電期間電力系統平穩運行。
先進的技術手段是關鍵。青海全清潔能源供電實踐驗證了智能電網、網源協調運行、多能互補優化等相關技術的有效性,緩解了新能源發電間歇性、波動性強等問題。
隨著新能源、虛擬電廠、新能源汽車等新型主體的加入,電力系統的物理特性與運行方式發生重大變化。目前,國網青海電力正在開展兼顧多場景調節與支撐能力的多元儲能分層分區規劃研究,積極探索支撐新能源高效利用與電力保供的構網型儲能關鍵技術研究與示范,以及多元儲能市場價格與運營機制,支撐政府完善靈活性資源價格政策,全力推進新型電力系統省級示范區建設。
