觀察丨借鑒四川經驗 發展多能互補
來源：中國電力報 時間：2023-12-15 11:12
近年來，《“十四五”可再生能源發展規劃》《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》等多份文件鼓勵水風光一體化發展。在這些文件的指導下，各地積極推進多能互補與一體化項目的實施。
自然資源保護協會（NRDC）與四川大學合作開展的研究發現，電源側水風光多能互補一體化開發，可以充分發揮水電的調節能力，在平抑風光出力波動的同時，提升可再生能源的電力保供能力，實現低碳與可靠的雙重價值。
單一可再生能源存在短板
傳統電力系統的運行方式是“源隨荷動”。用電負荷的實時變化要求系統中有充裕的調峰電源，能靈活調節自身輸出功率（即出力）來適應負荷的變化。如同天平，當一端砝碼加重或減輕時，另一端也需要及時地調整重量，才能維持平衡。近年來，一些地區出現用電緊張，主要原因是城市負荷峰值升高、峰谷差加大，而電源側的調峰能力跟不上，就會出現“電力缺口”。
電網負荷的峰谷差越大，系統需要的調峰能力越大。以去年四川缺電為例，四川省具有年調節及以上能力的水電站和煤電、氣電調峰能力總計不到1200萬千瓦，而2022年全省統調用電負荷最大峰谷差約1900萬千瓦，超出現有調節能力700萬千瓦。電源的調峰能力與需求不匹配時，一些地區通過粗放的行政管理手段限制工商業用電來解決缺電問題，給企業生產經營造成了損失。
風光都是“靠天吃飯”，出力具有波動性、隨機性和間歇性，無法提供可靠的調峰能力。對于風電來說，小風時，風電出力會降至額定功率的20%以下，極端情況下甚至降為0.1%。對于光伏來說，夜晚或無光的陰雨天，光伏出力則直降為0。水電的調峰能力雖然強于風光，但高溫干旱也會限制水電的出力。而傳統化石能源發電不受天氣影響，以靈活性改造后的煤電為例，出力的可調節范圍是額定功率的30%~100%。可見，假設同樣是100萬千瓦的電源裝機，煤電可以貢獻的調峰能力為70萬千瓦；極端情況下，風光的調峰能力只能計為0，相對于傳統化石能源的短板凸顯。
多種可再生能源互補有潛力
盡管水風光出力都受到天氣的影響，但三者出力受限的時間存在差異，為多能互補提供了契機。
以NRDC與四川大學合作研究選取的大渡河水風光試點項目為例，從季節出力上看，受降雨匯流的影響，水電夏秋出力大，冬春出力小。受當地氣候特性的影響，風光則是夏秋出力小，冬春出力大。從日內出力上看，光伏出力集中在日間，晚上為0，而風電出力集中在下午和夜間，水電出力的日內波動較小。可見，無論是季節還是日內，這三種清潔能源具有天然互補特性。
水電、風電和光伏聯合一體化運行時，水電可根據風光出力的變化，通過自身的調蓄能力進行日內調節，平抑風光的出力波動，將其調節為穩定可靠電力后再接入電網。
根據大渡河水風光試點項目的模擬結果，在城市用電高峰的中午時間，枯水期水風光互補后的聯合出力，相較于水電單獨運行的調峰能力提高了約40%。一般情況下，風光只貢獻電量，而不貢獻調峰能力。在研究案例中，與水電搭配后，約有37%的風光容量可以貢獻調峰能力。相較于水風光單獨接入電網，一體化運行后的電力保供能力得到了很大的提升。
一體化項目還可以利用水電原有的輸電通道將風光打捆送出，有效提高輸電通道的利用率。根據模擬結果，試點輸電通道的利用率提高了約5%，意味著在不用增加電網投資的情況下輸送更多的綠電。
四川各流域的水電站眾多，若積極推進水風光一體化開發模式，可產生良好的生態環境效益。以大渡河一體化可再生能源基地為例，規劃裝機規模達2800萬千瓦，預計每年可輸送可再生能源電量約560億千瓦時，相當于2000萬戶家庭一年的用電量，可節約標準煤1680萬噸，減少二氧化碳排放4402萬噸。
積極推進可再生能源一體化發展
發展水風光一體化項目可以有效提高電力保供能力，但一體化后水電要做出一定的犧牲：為調節風光的出力波動，水電需要改變自身的運行過程，可能影響自身發電量甚至造成一定的棄水。
因此，一體化項目的主要難點是如何在滿足電力保供和系統調峰需求的前提下，最大化一體化電源的利用率與效益，進而保證各類電源的投資收益。無論是在項目前期的規劃開發，還是投運后的調度運行，都需要更明確的政策與規則對一體化的發展進行引導。
例如，在開發階段，需要明確不同投資主體的合作模式和利益協調機制。在運行階段，對于為滿足系統調峰需求而造成的水電發電量損失，需明確如何通過電價或者市場機制給予合理補償，進而保證調節性水電的合理收益。此外，需要研究如何在保障本地電力需求的同時，推動一體化項目參與更大范圍的市場交易，最大化地增發綠電。
可再生能源的多能互補一體化開發模式，對于電力系統的安全穩定運行來講，可謂潛力巨大。應加快完善相關政策與市場機制，除了關注項目的投建之外，更關鍵是要為一體化項目的運行提供保障，以最大化地利用好一體化項目的低碳與可靠價值。（作者：自然資源保護協會 陳藝昕）
責任編輯：張棟鈞
校對：高慧君
