根據(jù)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，“十四五”期間可再生能源發(fā)電量增量在全社會(huì)用電量增量中占比超過(guò)50%，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻番。筆者認(rèn)為，需在充分認(rèn)識(shí)我國(guó)現(xiàn)階段可再生能源與新能源發(fā)展形勢(shì)與面臨困難基礎(chǔ)上，通過(guò)自主創(chuàng)新，攻克資源潛力二次評(píng)估、風(fēng)光功率準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、靈活負(fù)荷需求響應(yīng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)四方面關(guān)鍵技術(shù)，破解大規(guī)模集中式風(fēng)電/光伏發(fā)電并網(wǎng)消納難題，有力支撐“十四五”可再生能源規(guī)劃落地實(shí)施。
風(fēng)電光伏成為可再生能源開(kāi)發(fā)利用主體
綜合我國(guó)可再生能源資源條件分布、技術(shù)成熟程度、開(kāi)發(fā)建設(shè)成本等多方面因素，“十四五”期間可再生能源開(kāi)發(fā)利用仍將是以風(fēng)電光伏為代表的可再生能源電力為主。
近年來(lái)，我國(guó)可再生能源實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，水電、風(fēng)電、光伏裝機(jī)連續(xù)17年、12年和7年居世界首位。2021年3月《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》就提出，建設(shè)黃河上游、河西走廊、黃河幾字灣、冀北、松遼、新疆、黃河下游七大陸上新能源基地以及藏東南、川滇黔桂兩大水風(fēng)光綜合基地等和海上大規(guī)模風(fēng)電基地集群。
風(fēng)光發(fā)電發(fā)電量翻番任務(wù)艱巨
我國(guó)新能源發(fā)電發(fā)展迅速，在我國(guó)現(xiàn)有電力負(fù)荷分布與電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的條件下，“十四五”期間風(fēng)電和光伏發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻番的目標(biāo)任務(wù)異常艱巨。盡管我國(guó)風(fēng)光發(fā)電的裝機(jī)占比不斷提高，但受到風(fēng)速、太陽(yáng)輻照度波動(dòng)性、間歇性的影響，使其平均出力與額定裝機(jī)之比以及發(fā)電小時(shí)數(shù)均遠(yuǎn)低于常規(guī)發(fā)電，風(fēng)光發(fā)電的電量占比遠(yuǎn)低于其裝機(jī)占比。在風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)規(guī)模不大、占比不高時(shí)，常規(guī)發(fā)電的調(diào)節(jié)空間較大，電網(wǎng)消納風(fēng)光發(fā)電的潛力和水平可在技術(shù)和市場(chǎng)雙重因素推動(dòng)下得到有效提升。
然而，目前風(fēng)光發(fā)電在我國(guó)20多個(gè)省級(jí)電網(wǎng)已是第一或第二大電源，“十四五”期間新能源的規(guī)模化發(fā)展和電網(wǎng)高效消納利用之間的矛盾將更加突出，風(fēng)光發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻番的目標(biāo)任務(wù)異常艱巨。
一是隨著七大陸上新能源發(fā)電基地建成投產(chǎn)令新能源滲透率大幅上升，故消納需求較之前也大幅增加;
二是低壓配電網(wǎng)用戶側(cè)海量分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)令日間時(shí)段負(fù)荷大幅降低，用電需求的減少大大增加了消納難度;
三是電網(wǎng)優(yōu)先消納新能源的調(diào)度策略令常規(guī)機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃被進(jìn)一步壓縮，常規(guī)機(jī)組可調(diào)空間使用殆盡;
四是在現(xiàn)有精度水平下新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)偏差絕對(duì)值隨其裝機(jī)容量的增長(zhǎng)成比例不斷擴(kuò)大。綜上，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上電網(wǎng)對(duì)大規(guī)模集中式風(fēng)光發(fā)電消納水平的顯著提升就變得非常困難。
風(fēng)光發(fā)電保供挑戰(zhàn)嚴(yán)峻
“十四五”期間我國(guó)風(fēng)光發(fā)電面臨既要大規(guī)模開(kāi)發(fā)、又要高水平消納、更要保障電力安全可靠供應(yīng)等多重挑戰(zhàn)。
首先，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展長(zhǎng)期向好，能源電力需求的增長(zhǎng)強(qiáng)勁，即使在現(xiàn)有開(kāi)發(fā)技術(shù)和消費(fèi)水平下煤炭資源也只能維持40年，我國(guó)能源戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型迫在眉睫，大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)光發(fā)電是增強(qiáng)能源安全保障能力、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
其次，《規(guī)劃》明確2030年風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)達(dá)12億千瓦以上，2025年全國(guó)可再生能源電力總量消納責(zé)任權(quán)重達(dá)33%左右，對(duì)電網(wǎng)新能源消納能力提出了新的更高要求。最后，2021年下半年，受多重因素影響我國(guó)出現(xiàn)電力供應(yīng)緊張現(xiàn)象，對(duì)經(jīng)濟(jì)、生活各方面造成不利影響。2022年5月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議要求確保能源供應(yīng)，絕不允許出現(xiàn)拉閘限電。為此，充分發(fā)揮電網(wǎng)配置資源作用，通過(guò)“需求響應(yīng)優(yōu)先、有序用電保底、節(jié)約用電助力”全力保供成為電網(wǎng)的首要任務(wù)。
大規(guī)模消納難題亟待關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新破解
高比例大規(guī)模集中式風(fēng)電/光伏的消納面臨以下五方面難題，亟待關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新破解。
首先，“十四五”期間以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點(diǎn)的大規(guī)模風(fēng)光新能源基地是建設(shè)重點(diǎn)，全球氣候變化、氣象數(shù)據(jù)匱乏、前期評(píng)估失準(zhǔn)等導(dǎo)致這些地區(qū)的資源開(kāi)發(fā)潛力評(píng)估存在較大偏差，必須對(duì)重點(diǎn)區(qū)域風(fēng)光資源開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行二次精準(zhǔn)評(píng)估，以保障規(guī)劃、投資和建設(shè)的科學(xué)性。
其次，這些基地建成投產(chǎn)后，必將給電力系統(tǒng)新能源消納帶來(lái)更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，例如大規(guī)模集中式光伏發(fā)電出力特性與電網(wǎng)負(fù)荷曲線的時(shí)序失配導(dǎo)致晚高峰電力供應(yīng)緊張、午后低谷消納困難，時(shí)段性供需矛盾愈發(fā)尖銳。
再次，隨著氣候變化加劇，極端天氣出現(xiàn)次數(shù)不斷增加，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷與風(fēng)光發(fā)電出力影響很大，導(dǎo)致保供風(fēng)險(xiǎn)猛增，例如新疆南疆、華北部分地區(qū)的沙塵暴對(duì)光伏發(fā)電的影響，寒潮、大風(fēng)、暴雪、暴雨等對(duì)風(fēng)電/光伏發(fā)電的影響。第四，水資源富集地區(qū)水電出力季節(jié)性波動(dòng)給電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式安排與電量平衡計(jì)劃帶來(lái)較大影響，可再生能源消納困難問(wèn)題突出。
最后，受地理?xiàng)l件、建設(shè)周期與投資規(guī)模等因素約束，抽水蓄能電站這類優(yōu)質(zhì)靈活調(diào)節(jié)資源較為匱乏，加之大規(guī)模新能源基地外送通道、規(guī)模化安全經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)能以及跨省跨區(qū)電力市場(chǎng)交易的制約，電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)能力和運(yùn)行彈性受限，新能源充分消納的空間無(wú)法保證。
綜上，從發(fā)展形勢(shì)、技術(shù)要求和基本任務(wù)三個(gè)方面，“十四五”期間我國(guó)新能源面臨“大規(guī)模開(kāi)發(fā)、高水平消納、更可靠保供”的多重挑戰(zhàn)，必須堅(jiān)持系統(tǒng)觀念，統(tǒng)籌電源與電網(wǎng)、新能源與常規(guī)發(fā)電、新能源開(kāi)發(fā)與充分消納之間的關(guān)系;必須堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，圍繞資源潛力二次評(píng)估、風(fēng)光功率準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、靈活負(fù)荷需求響應(yīng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)四方面，通過(guò)先進(jìn)科學(xué)理論與學(xué)科交叉融合，重點(diǎn)攻克數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)氣象資源評(píng)估、極端天氣下與中長(zhǎng)周期的新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)、高精度需求響應(yīng)基線估計(jì)與虛擬電廠優(yōu)化運(yùn)營(yíng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)自律協(xié)同優(yōu)化調(diào)控等一系列關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步完善電力市場(chǎng)交易機(jī)制，破解大規(guī)模集中式風(fēng)電/光伏發(fā)電的消納難題，推動(dòng)我國(guó)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。
