記者從國家能源局獲悉，一季度，全國基建新增發(fā)電裝機容量2351萬千瓦，比上年同期多投產(chǎn)996萬千瓦。其中，水電109萬千瓦、火電1060萬千瓦、核電115萬千瓦、風電526萬千瓦、太陽能發(fā)電533萬千瓦，可再生能源發(fā)電新增裝機占比超過50%。

能源行業(yè)是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重點領域，新能源的大規(guī)模接入對電網(wǎng)的平衡調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。“雙碳”目標下，國家電網(wǎng)如何提升電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)能力?本報記者帶您一探究竟。

“水火” 聯(lián)合

當前，“碳中和”已經(jīng)成為全球共識。實現(xiàn)碳達峰碳中和是我國向世界作出的莊嚴承諾，也是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會變革。

能源行業(yè)是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重點領域。我國已成為全球新能源裝機規(guī)模最大的國家，能源結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，可再生能源發(fā)電裝機容量在2020年年底已經(jīng)占全部發(fā)電裝機容量的41%。新能源具有隨機性、波動性、間歇性等特點，大規(guī)模開發(fā)并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)“雙高雙峰”特征日益凸顯，對確保電網(wǎng)安全運行和電力可靠供應帶來了巨大挑戰(zhàn)。

提高平衡調(diào)節(jié)能力，電網(wǎng)需要一個“智慧大腦”。“電難以大規(guī)模儲存，它就像一輛沒有制動裝置的車輛一樣，無法在某個地方停留，其生產(chǎn)、輸送和消費在同一時間完成，因此大電網(wǎng)需要調(diào)度系統(tǒng)這一‘智慧大腦’作為靈活高效運轉(zhuǎn)的‘指揮’。”華東電力調(diào)控分中心水電及新能源處副處長陸建宇表示。

電力調(diào)度不僅關(guān)乎電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，更關(guān)乎千家萬戶用電和社會經(jīng)濟的正常運轉(zhuǎn)。今年，國家電網(wǎng)有限公司“一體四翼”發(fā)展布局提出將進一步加強全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，完善跨省備用共享機制，統(tǒng)籌全網(wǎng)調(diào)峰資源，在電源清潔化水平快速提升的基礎上，繼續(xù)助力新能源利用率保持在較高水平。

火電的靈活性改造一直是提升電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)能力的重要內(nèi)容。2020年，“三北”地區(qū)完成火電機組改造2466萬千瓦。“十三五”期間，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)內(nèi)累計完成煤電機組改造1.62億千瓦，其中“三北”地區(qū)完成火電機組容量改造8241萬千瓦，增加調(diào)節(jié)能力1501萬千瓦。

“簡單來講，火電靈活性改造，就是解決‘吃’和‘消化’的問題。所謂‘吃’就是燃料，所謂‘消化’就是運行控制，兩者缺一不可。”東南大學能源與環(huán)境學院博士生導師呂劍虹這樣解釋靈活性改造的實質(zhì)。

呂劍虹介紹，機組靈活性改造主要包括兩個方面的含義，一是增加機組運行靈活性，即要求機組具有更快的變負荷速率、更高的負荷調(diào)節(jié)精度及更好的一次調(diào)頻性能;二是增加鍋爐燃料的靈活性，即機組在摻燒不同品質(zhì)的燃料下，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒以及機組在摻燒工況下仍有良好的負荷調(diào)節(jié)性能。

想要電網(wǎng)更加靈活，不僅要改造“火”，還要利用“水”。3月19日，國家電網(wǎng)發(fā)布了服務碳達峰碳中和、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、加快抽水蓄能開發(fā)建設重要舉措。一座座抽水蓄能電站開工建設，對于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、提高電力安全穩(wěn)定運行水平、促進節(jié)能減排和清潔能源消納等具有重要意義。

陸建宇解釋，大規(guī)模開發(fā)的風電最終能順利并網(wǎng)消納，需要大規(guī)模抽水蓄能電站來實現(xiàn)配套輸送。抽水蓄能電站利用電力系統(tǒng)中多余電能，把下水庫內(nèi)的水抽到上水庫內(nèi)，以位能方式蓄存起來，系統(tǒng)需要電力時，再從上水庫放水至下水庫進行發(fā)電。

“抽水蓄能是目前技術(shù)最為成熟的大規(guī)模儲能方式，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用和黑啟動六大功能，以及超大容量、系統(tǒng)友好、經(jīng)濟可靠、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢，有效保障了高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和提升新能源利用水平。”陸建宇說。

如今，抽水蓄能機組網(wǎng)廠協(xié)調(diào)能力不斷提升。以華東地區(qū)為例，今年，國網(wǎng)華東分部已經(jīng)成功組織了溧陽、績溪、宜興等3家抽水蓄能電站完成首批成組啟停機優(yōu)化試驗，并投入試運行。優(yōu)化后，抽蓄機組啟停時對電網(wǎng)的功率波動影響下降50%以上，抽水蓄能電站科學調(diào)度水平再上新臺階。

據(jù)了解，2020年，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)抽水蓄能電站平均綜合利用小時數(shù)為2585小時，多消納新能源電量306億千瓦時。“十三五”期間，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)抽水蓄能電站累計多消納新能源電量864.3億千瓦時，抽水蓄能已成為新型電力系統(tǒng)促進新能源消納，服務碳達峰碳中和目標的重要支撐。

源荷互動

今年年初，國網(wǎng)吉林省電力有限公司承建的東北地區(qū)首個火電—儲能聯(lián)合調(diào)峰示范工程并網(wǎng)運行，該工程成為科技項目“儲能融合火電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務的源儲網(wǎng)協(xié)調(diào)運行關(guān)鍵技術(shù)研究及應用”成果落地的重要一環(huán)。

“按照吉林電網(wǎng)現(xiàn)有的調(diào)峰需求，以單個火電廠增配5萬千瓦/20萬千瓦時的磷酸鐵鋰儲能電站來測算，一年可為新能源發(fā)電增加上網(wǎng)空間9000萬千瓦時，相當于節(jié)約標準煤2.7萬噸，減排二氧化碳7.3萬噸。”吉林電力科學研究院新能源技術(shù)研究專責王佳蕊介紹。

在推進火電機組靈活性改造、滿足新能源調(diào)峰需求的同時，國網(wǎng)吉林電力還通過優(yōu)化新能源機組運行管理，提升了新能源利用率。

“風電場單場站容量小、接入點分散，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)和解決電能質(zhì)量問題的能力弱，急需可靠的現(xiàn)場并網(wǎng)性能測試和技術(shù)監(jiān)督。”中廣核大崗子風電場運維總監(jiān)郭永剛說出了很多新能源場站面臨的共同問題。如今，國網(wǎng)吉林電力初步建成了新能源優(yōu)化運行管理與調(diào)控平臺，實現(xiàn)了對新能源場站涉網(wǎng)性能、運行質(zhì)量的全息立體診斷，輔助電網(wǎng)側(cè)有針對性地加強新能源涉網(wǎng)安全管理，提供技術(shù)支撐服務，促進新能源場站運行水平提升。

源網(wǎng)荷儲互動支撐平臺基于市場機制，引導分布式發(fā)電、儲能、電動汽車、智能家居等負荷主動參與電網(wǎng)調(diào)控，增強了電網(wǎng)備用、調(diào)峰、調(diào)頻能力。以可調(diào)節(jié)資源庫建設為基礎，國家電網(wǎng)積極拓展源網(wǎng)荷儲應用場景，不斷挖掘各類調(diào)節(jié)資源潛能，進一步促進電力系統(tǒng)運行由“源隨荷動”向“源荷互動”“荷荷互動”轉(zhuǎn)變。

不僅如此，國家電網(wǎng)還聚焦電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，開展多元智能協(xié)同調(diào)度，完善了調(diào)度支持手段，在陜西，開發(fā)虛擬電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將常規(guī)電源、新能源等多種電源組成聯(lián)合控制單元，通過多能互補和復雜斷面的協(xié)調(diào)控制，智能化實現(xiàn)新能源發(fā)電最大化;在四川，研發(fā)聯(lián)合運行控制與智能調(diào)度系統(tǒng)，優(yōu)化提出水光蓄聯(lián)合運行模式及調(diào)控方式，支撐水電和光伏電站中長期、日前、日內(nèi)滾動發(fā)電計劃制定;在安徽，開展虛擬電廠試點建設，初步建成虛擬電廠集中控制平臺，具備類似常規(guī)電廠的調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓能力。

此外，國家電網(wǎng)還攻關(guān)新能源關(guān)鍵技術(shù)，精細化分析新能源及網(wǎng)架運行特性，在保障安全的情況下大幅提升通道送出能力。

5月6日，華北電網(wǎng)新能源最大發(fā)電電力達9600萬千瓦，占當時華北電網(wǎng)負荷比例的46.5%;日發(fā)電量達15.46億千瓦時，占華北電網(wǎng)當日用電量的33.7%，發(fā)電電力和電量均創(chuàng)歷史新高。當日新能源發(fā)電出力創(chuàng)新高時，國網(wǎng)華北分部對新能源發(fā)電出力的預測準確率達97%，為新能源高比例納入電力平衡和高效消納提供了支撐。

“我們在調(diào)度系統(tǒng)首次應用了電磁暫態(tài)仿真技術(shù)分析新能源送出能力，研究細化系統(tǒng)短時過電壓耐受能力，提高新能源送出能力。今年4月，錫盟特高壓送出工程、張北—雄安特高壓交流工程送端的新能源送出能力分別提高到了370萬千瓦、290萬千瓦，較原能力分別增加220萬千瓦、90萬千瓦。”華北電力調(diào)控分中心主任江長明表示。

省間互濟

跨區(qū)輸電是解決新能源消納、加強區(qū)域資源互濟的重要渠道。想要為網(wǎng)內(nèi)富余新能源“謀出路”，可調(diào)節(jié)負荷資源的跨省互濟必不可少。

3月15日，河南省結(jié)束了調(diào)峰相對困難的供暖期。“十三五”期間，河南新能源裝機容量年均增速達到93%，為全國增速最快的地區(qū)。在供暖期內(nèi)，河南電網(wǎng)“一日兩難”特征明顯，午間、后夜時段新能源電力存在較大消納壓力。

“省間調(diào)峰輔助服務機制本質(zhì)屬于發(fā)電替代，通過富余可再生能源電力對燃煤火電實現(xiàn)替代，可以提高新能源利用率，促進火電減發(fā)減排。”國網(wǎng)華中分部相關(guān)負責人表示，國網(wǎng)華中分部充分發(fā)揮省間調(diào)峰輔助服務市場機制作用，利用省間通道剩余空間和網(wǎng)內(nèi)其他省份富余調(diào)峰資源，在電網(wǎng)調(diào)度環(huán)節(jié)靈活組織實施跨省調(diào)峰互濟，保障了河南電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

省間電網(wǎng)調(diào)峰互濟增多，是全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的重要體現(xiàn)。2020年，西北、東北、華北、華中電網(wǎng)組織省間調(diào)峰互濟分別達到3.5萬次、700次、508次、280次，共計多消納新能源電量344.8億千瓦時，打破了省間壁壘，提高了跨區(qū)輸電通道利用效率。

值得注意的是，華中電力調(diào)峰輔助服務市場于2020年5月15日正式運行，進一步豐富了消納河南新能源電力的調(diào)度“工具箱”。

4月27日，華中電力調(diào)峰輔助服務市場開展了首次調(diào)電結(jié)算試運行，對華中電網(wǎng)調(diào)峰資源進行跨省配置。其間，河南在低谷和腰荷兩個時段分別申報了調(diào)峰需求，湖北、湖南、江西分別申報了富余調(diào)峰能力。湖北、湖南、江西11家燃煤火電廠和抽水蓄能電站通過自主報價參與省間調(diào)峰輔助服務日前市場競價，經(jīng)過市場出清，湖北2家燃煤火電廠、江西3家燃煤火電廠和1家抽蓄電站中標，其中，江西某抽水蓄能電站1臺30萬千瓦機組在低谷時段抽水幫河南調(diào)峰。

這是華中電力調(diào)峰輔助服務市場開展的省間調(diào)峰輔助服務交易品種之一。華中電力調(diào)控分中心調(diào)度計劃處副處長黃海煜表示，目前華中電力調(diào)峰輔助服務市場有兩個交易品種，除上述的省間調(diào)峰輔助服務交易外，另一個是省間備用輔助服務交易。

“省間調(diào)峰輔助服務交易是指在省內(nèi)火電已達最小開機方式且省內(nèi)調(diào)峰資源用盡后，負備用不足省的發(fā)電廠與調(diào)峰資源富余省的發(fā)電廠之間開展的日前、日內(nèi)省間發(fā)電替代交易和抽水蓄能機組跨省調(diào)用;省間備用輔助服務交易是指省級電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)正備用容量無法滿足備用要求時，正備用不足省級電網(wǎng)企業(yè)與備用富余省的發(fā)電廠之間開展的日前省間備用容量交易。”黃海煜解釋道。

燃煤機組參與深度調(diào)峰時，不但供電煤耗會增加，對機組壽命也會有較大影響。在讓煤電承擔更多調(diào)峰功能的同時，如何補償這份責任造成的損失，也是一個值得探討的問題。

對此，國網(wǎng)能源研究院副總工程師馬莉指出，一是構(gòu)建調(diào)峰、備用省間輔助服務市場，省內(nèi)調(diào)節(jié)能力不足時可以省間調(diào)峰。二是構(gòu)建輔助服務成本分攤機制，按照“誰受益、誰承擔”原則，建立用戶與發(fā)電共同承擔輔助服務成本的機制。三是豐富輔助服務交易品種，如開發(fā)爬坡類產(chǎn)品、系統(tǒng)慣性服務、無功支撐服務等。

此外，國家電網(wǎng)還為調(diào)峰輔助服務市場的推進提供了技術(shù)支撐。

自動發(fā)電控制(AGC)是并網(wǎng)發(fā)電廠提供的有償輔助服務之一，發(fā)電機組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度交易機構(gòu)下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實時調(diào)整發(fā)電出力。

今年以來，國網(wǎng)華北分部加大網(wǎng)企(廠)雙向交流溝通，組織聯(lián)絡協(xié)調(diào)會加強宣貫，實施機組計劃檢修“20%深度調(diào)峰改造優(yōu)先”等具體舉措。 華北電力調(diào)控分中心黨總支書記張哲表示，下半年，京津唐電網(wǎng)列入計劃開展20%深度調(diào)峰改造機組32臺、總裝機容量1516萬千瓦。20%~50%不同程度深度調(diào)峰改造機組8臺、總裝機容量262萬千瓦，共計容量1778萬千瓦，占當前京津唐電網(wǎng)火電總裝機的25.6%，并將全部通過AGC自動調(diào)整實現(xiàn)深度調(diào)峰。全部完成改造后，將提高京津唐電網(wǎng)調(diào)峰能力410萬千瓦，相當于增加約800萬~1000萬千瓦風電機組建設空間，預計全年可增加新能源發(fā)電量200億千瓦時。 “調(diào)度機構(gòu)進行火電機組深調(diào)，通常低于50%需要退出AGC，通過電話指令對火電機組進行深度調(diào)峰。但國網(wǎng)華北分部的AGC低于50%也不用退，實現(xiàn)了機組出力深調(diào)自動調(diào)整，自動執(zhí)行市場出清結(jié)果，不用人為干預，效率顯著提高。”華北電力調(diào)控分中心計劃處處長陳之栩說。

(鄧立、李斌、黃艷蓓對本文亦有貢獻。)