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國(guó)網(wǎng)投5000億建設(shè)“新型電網(wǎng)”:大電網(wǎng)如何匹配新
型電力系統(tǒng)要求?

發(fā)布時(shí)間:2024-2-22     來源:華夏能源網(wǎng) 劉洋    編輯:衡格格    審核:張經(jīng)緯 王靜

中國(guó)新能源裝機(jī)在以超預(yù)期的速度飛漲。

據(jù)官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),原計(jì)劃要在2030年實(shí)現(xiàn)的風(fēng)光總裝機(jī)12億千瓦目標(biāo),在2023年底就已完成了10億千瓦。照此速度,2024年就可以完成12億千瓦裝機(jī)目標(biāo),整整提前六年。

然而,另外一個(gè)數(shù)據(jù)也非常值得注意——2023年,煤電電量占比從59%回升至63%,終止了連續(xù)4年的下降趨勢(shì),漲回到了2019年的水平。

兩項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比說明,風(fēng)光發(fā)電的電量占比,并沒有隨著裝機(jī)大幅增長(zhǎng)而上升。新能源有裝機(jī),無電量的尷尬現(xiàn)狀,與中國(guó)正在加緊構(gòu)建的以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)并不匹配。

究其原因,有電源側(cè)、用戶側(cè)的種種不適應(yīng),其中最關(guān)鍵的,還是大電網(wǎng)所表現(xiàn)出的超級(jí)不適應(yīng)。電網(wǎng)消納的瓶頸問題,正在成為走向碳中和進(jìn)程中最薄弱的一環(huán)。

對(duì)這個(gè)問題,電網(wǎng)企業(yè)其實(shí)已經(jīng)深刻意識(shí)到了。華夏能源網(wǎng)(公眾號(hào)hxny3060)注意到,近日,國(guó)家電網(wǎng)在2024年工作會(huì)議上鄭重提出,將加快建設(shè)新型電網(wǎng),打造數(shù)智化堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。為此,國(guó)家電網(wǎng)2024年將投資超5000億元。

新型電網(wǎng)的提法,對(duì)標(biāo)的新型電力系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。這一提法的深意在于,現(xiàn)有的大電網(wǎng)對(duì)間歇性的、不穩(wěn)定的風(fēng)光新能源消化不良,為適應(yīng)高比例新能源接入電網(wǎng)的時(shí)代,大電網(wǎng)需要從頭到腳來一次徹底的革命。

特高壓困局

近年來,為了適配新能源大發(fā)展,國(guó)家電網(wǎng)一直在真金白銀加大投入,2020年至2023年,國(guó)家電網(wǎng)的電網(wǎng)投資分別為4605億元、4882億元、超5000億元、超5200億元。

國(guó)家電網(wǎng)投資的一大方向是特高壓,即輸電環(huán)節(jié)。截至2023年年底,西北地區(qū)新能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)2.1億千瓦,占比超50%。未來幾年,西北地區(qū)風(fēng)光大基地、沙戈荒項(xiàng)目還將有逾5億千瓦的裝機(jī)落地。要將西北地區(qū)豐富的風(fēng)光資源輸送到東部,加強(qiáng)特高壓建設(shè)刻不容緩。

截至2023年底,國(guó)家電網(wǎng)累計(jì)建成19項(xiàng)交流、16項(xiàng)直流,共35項(xiàng)特高壓工程;2023全年投產(chǎn)6項(xiàng)特高壓工程,包括駐馬店武漢1000千伏特高壓交流工程等項(xiàng)目。2024年,結(jié)合各地多條重點(diǎn)特高壓工程的建設(shè)進(jìn)展,還有武漢至南昌、川渝1000千伏特高壓交流等6項(xiàng)工程,有望在年內(nèi)建成投運(yùn)。

但是,即使特高壓在狂飆突進(jìn)加快建設(shè),西北地區(qū)的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象還是驟然抬頭。過去一年中,在風(fēng)光新能源裝機(jī)占比達(dá)到65%的青海省,中午高峰時(shí)段,電網(wǎng)已經(jīng)要求新能源場(chǎng)站停止發(fā)電三到四個(gè)小時(shí)。

在西北地區(qū),由于電網(wǎng)系統(tǒng)面臨在發(fā)、輸、配、受端不匹配的問題,窩電、調(diào)峰不到位等矛盾也很突出。

比如,青海窩電嚴(yán)重,主要就受限于省內(nèi)唯一特高壓外送通道——青豫直流的外送能力上。青豫直流2020年底建成投運(yùn),設(shè)計(jì)年送電能力400億度,但直到2023年全年實(shí)際送電量尚不及設(shè)計(jì)能力的四分之一。

青豫直流利用率不達(dá)標(biāo)的原因之一是技術(shù)因素。高比例新能源缺少常規(guī)電源支撐,疊加新能源的間歇性、不穩(wěn)定性,給電網(wǎng)帶來巨大沖擊。在為新能源配套的煤電發(fā)電機(jī)組尚未到位投產(chǎn)的情況下,青豫直流外送電力組織困難。

盡管青海省正在積極推動(dòng)第二條特高壓通道——海西州送廣西通道的建設(shè),但是鑒于青豫直流的前車之鑒,新建特高壓線路的必要性備受質(zhì)疑。

除了根深蒂固的技術(shù)因素,風(fēng)光大基地、沙戈荒基地新能源發(fā)出來的電,最終能不能順利送出去,也很成問題。目前沙戈荒基地外送通道都還只是意向,要想最終落地,送端和受端還要經(jīng)過艱苦的談判與博弈。

以已納入十四五規(guī)劃的庫布齊中北部基地的蒙西至京津翼通道為例,本來這條通道按規(guī)劃要落地在河北省滄州市,要實(shí)現(xiàn)蒙西發(fā)電為中部地區(qū)所用,但現(xiàn)在河北南網(wǎng)的電力也是過剩的,河北省內(nèi)的分布式光伏突飛猛進(jìn),和蒙西地區(qū)的新能源出力曲線相近。也就是說,河北可能不需要如此大量的外送電力。

此外,在特高壓通道路線設(shè)計(jì)上,中間落地哪些省份,受端和送端的電價(jià)、電量如何確定,相關(guān)各方也博弈激烈。

按照要求,新建特高壓通道可再生能源電量比例原則上不低于50%。然而,由于新能源的間歇性給電網(wǎng)帶來不穩(wěn)定性,當(dāng)前西北地區(qū)的特高壓利用小時(shí)數(shù)受限,現(xiàn)有特高壓線路規(guī)劃中的新能源比例,也遠(yuǎn)低于可再生能源50%的要求。據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù),2022年,天中、靈紹、祁韶、昭沂、吉泉、陜武等特高壓線路可再生能源占比分別為40%、20%、15%、28%28%

大手筆投建的特高壓通道,需要直面上述種種運(yùn)營(yíng)上的窘境。如何突破特高壓的特有困局,有待國(guó)家電網(wǎng)提出的新型電網(wǎng)概念來進(jìn)一步破題。

配電網(wǎng)迷途

大基地+特高壓支撐的電從遠(yuǎn)方來模式,受到了行業(yè)人士質(zhì)疑,如中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士杜祥琬就極力呼吁電從身邊來的模式,也就是鼓勵(lì)中東部分布式新能源的就地開發(fā)、就地消納

但不容樂觀的是,中東部的分布式新能源目前正在受到配電網(wǎng)的抑制,消納難的問題成為攔路虎。

中國(guó)76%的國(guó)土面積上的風(fēng)能和幾乎100%的國(guó)土面積上的太陽能都具有開發(fā)潛力。以太陽能光伏發(fā)電為例,業(yè)內(nèi)專家測(cè)算,如果充分利用我國(guó)東部地區(qū)的太陽能資源發(fā)電,可以提供2050年全社會(huì)總用電量(15萬億度)的三分之一。

目前,中東部分布式新能源開發(fā)卡在了配電網(wǎng)建設(shè)不足上。近一年多來,分布式光伏開發(fā)走在前面的冀魯豫等地區(qū),由于配電側(cè)可接入容量有限,特別是農(nóng)村電網(wǎng)普遍薄弱,隨著戶用光伏大量接入,很多區(qū)域出現(xiàn)配變、線路、主變上送重過載問題。冀魯豫部分市縣,由于配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)與線路的承載能力已達(dá)到飽和,戶用光伏在380伏側(cè)接入已無容量可用,因而暫停了380伏側(cè)的并網(wǎng)申請(qǐng),待擴(kuò)容后再開放。

伴隨著容量超限問題的持續(xù)發(fā)酵,一度讓市場(chǎng)產(chǎn)生了政策口徑不一的錯(cuò)覺:上面要求應(yīng)并盡并,下面卻不得不嚴(yán)令應(yīng)停當(dāng)停。

要解決電網(wǎng)承載力問題,電網(wǎng)公司需要根據(jù)戶用光伏接入有源配電網(wǎng)需要,加大配電網(wǎng)改造力度,提高戶用光伏在低壓側(cè)的接入能力。我國(guó)北方省份戶均配電容量大多在3千瓦左右,而國(guó)際上如德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家和國(guó)內(nèi)浙江等省份,這一數(shù)據(jù)在6-8千瓦。

配電網(wǎng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上擴(kuò)容一倍,當(dāng)然是解決方案之一。但問題是,誰來扛起配電網(wǎng)擴(kuò)容的責(zé)任呢?巨額投資誰來承擔(dān)?這背后有一個(gè)機(jī)制體制與積極性的問題。

2017年,國(guó)家發(fā)改委、能源局出臺(tái)文件,鼓勵(lì)分布式發(fā)電項(xiàng)目與就近的電力用戶以多種方式實(shí)現(xiàn)電量的就近消納,電網(wǎng)公司可針對(duì)分布式市場(chǎng)化交易收取過網(wǎng)費(fèi)。但是,由于政府希望降低分布式光伏的開發(fā)難度,進(jìn)而規(guī)定農(nóng)戶不繳納上一級(jí)電壓等級(jí)的輸電價(jià)格,且過網(wǎng)費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)過低。

現(xiàn)行過網(wǎng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)減去了輸配電價(jià)中的交叉補(bǔ)貼、政府性基金和附加,每度電僅有1.5分到5分,如在同一電壓等級(jí)之下,過網(wǎng)費(fèi)甚至為零。這一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行前,在同檔情況下,電網(wǎng)公司收取的包括交叉補(bǔ)貼和政府性基金及附加在內(nèi)的輸配電價(jià)一般都在0.2/千瓦時(shí)以上。

也就是說,過網(wǎng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)過低、機(jī)制不科學(xué),導(dǎo)致在配電網(wǎng)擴(kuò)容上陷入了誰建誰賠錢的尷尬。

事情的復(fù)雜性還不止于此。戶用光伏所發(fā)電量,最好的消納方式是隔墻售電,但是,隔墻售電知易行難。隨著分布式新能源越來越多,隔墻用戶真的有那么多的用電需求嗎?

此外,還不是多與少的問題,現(xiàn)有的配電網(wǎng)從根本上來說還與分布式新能源不相適應(yīng)。

風(fēng)能和太陽能的間歇性和不確定性,使得風(fēng)光機(jī)組很難單獨(dú)運(yùn)行,需要配套一些功率補(bǔ)償或平滑的燃煤機(jī)組、儲(chǔ)能,以及需求響應(yīng)和電動(dòng)汽車。后兩者既是靈活性措施,又具有不確定性。這就需要一個(gè)能集成這一切的新型電網(wǎng)。

現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)是按單向潮流設(shè)計(jì)的,不具備有效集成大量分布式電源的技術(shù)潛能,需要升級(jí)成接納高比例分布式可再生能源、適應(yīng)雙向潮流的電力交換網(wǎng)絡(luò),這便是國(guó)家電網(wǎng)投巨資建設(shè)新型電網(wǎng)的應(yīng)有之義。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之變

在火電時(shí)代,由于火電機(jī)組具有高度的穩(wěn)定性和可靠性,電力供給可以隨著電力需求的變動(dòng)而變動(dòng)。用電高峰時(shí)段,火電機(jī)組開足馬力全力供應(yīng);用電低谷時(shí)段,火電機(jī)組減少出力。這一過程中,源隨荷動(dòng),電網(wǎng)調(diào)度是這一系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心。

到了新能源時(shí)代,一切都變了。新能源根本就不聽電網(wǎng)的調(diào)度,電力系統(tǒng)需要新能源多出力時(shí),它可能夜間一度電也發(fā)不出來;電力系統(tǒng)需要新能源減少出力的時(shí)候,它中午的強(qiáng)光照耀根本停不下來。

也就是說,新能源成為主體電源后源隨荷動(dòng)那套傳統(tǒng)玩法就玩不轉(zhuǎn)了。到那時(shí),電網(wǎng)的不適應(yīng)性就不是特高壓夠不夠、配電網(wǎng)夠不夠的問題了。電網(wǎng)企業(yè)不改變?cè)?/span>源隨荷動(dòng)的舊思維,建再多的特高壓、配電網(wǎng)也無濟(jì)于事。

在新型電力系統(tǒng)下,要從源隨荷動(dòng)轉(zhuǎn)變到雙向互動(dòng),或者說是源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化。新能源發(fā)電要通過風(fēng)光火打捆、儲(chǔ)能等手段去適應(yīng)變動(dòng)不居的電力負(fù)荷,電力負(fù)荷也要去主動(dòng)適配不穩(wěn)定的新能源發(fā)電。

目前已成共識(shí)的是,新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建,應(yīng)該把用戶側(cè)需求響應(yīng)的潛力充分發(fā)揮出來。有發(fā)電央企人士舉例稱,用戶側(cè)中,僅僅一個(gè)紡織行業(yè)的需求側(cè)靈活調(diào)節(jié)能力就達(dá)到35%,即可調(diào)負(fù)荷占行業(yè)用電負(fù)荷的35%。鋼鐵、電解鋁等行業(yè)的可調(diào)負(fù)荷占比,最大也能達(dá)到20%。

中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)劉譯陽此前曾表示,現(xiàn)在的風(fēng)光大基地+特高壓、分布式新能源+配電網(wǎng)的模式,并非新型電力系統(tǒng)的終極解決方案,未來還是要過渡到能源互聯(lián)網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的發(fā)展模式。

源網(wǎng)儲(chǔ)荷一體化、雙向互動(dòng)的愿景美好,實(shí)施起來離不開電源方、制造業(yè)、電網(wǎng)公司等多方形成合力。作為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵,現(xiàn)行電網(wǎng)體系將面臨靈魂之問:早已習(xí)慣了中心化調(diào)度、源隨荷動(dòng)的電網(wǎng)企業(yè),做好變革的準(zhǔn)備了嗎?

以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),將很難用傳統(tǒng)大電網(wǎng)的科層式管理邏輯去理清。就像分布式新能源隔墻售電業(yè)務(wù),現(xiàn)有的、高度中心化的電網(wǎng)管理體制就很難與之相適應(yīng)。數(shù)千萬個(gè)分布式發(fā)電設(shè)備,與幾十億上百億的各類用電負(fù)荷之間,進(jìn)行高頻、小額、本地化的電能量交換,不可能靠大電網(wǎng)的集中管理和集中市場(chǎng)交易去實(shí)現(xiàn)。

就像中心化的銀行,永遠(yuǎn)做不了支付寶的花唄”“借唄業(yè)務(wù)一樣,集中式、中心化的大電網(wǎng)不是技術(shù)方面不行,而是無法適應(yīng)分布式這樣一個(gè)全新的生態(tài)結(jié)構(gòu)。

這也要求,電網(wǎng)企業(yè)在大手筆建設(shè)新型電網(wǎng)的過程中,除了上馬特高壓、配電網(wǎng)等硬件,更需要加強(qiáng)新型電網(wǎng)的軟件建設(shè)。向著新型電網(wǎng)轉(zhuǎn)型,電網(wǎng)企業(yè)甚至需要有革自己命的勇氣,這是一場(chǎng)深刻的、系統(tǒng)的變革。

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