【电力】让绿色能源顺畅流动

——看国家电网如何促进清洁能源消纳

今年政府工作报告中明确提出，将巩固蓝天保卫战成果，二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%，重点地区细颗粒物（PM2.5）浓度继续下降。
　　这样的绿色目标，需要更多的绿色工程参与，让资源富集地的绿色能源顺畅流动。今年2月28日开工的国家电网张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程正是这样的绿色工程。
　　“该工程建成投产后可有效改善当地环境。”北京市副市长隋振江在开工仪式上就明确表示。该工程是世界首个柔性直流电网工程，目的就是为了服务清洁能源利用。该工程计划于2020年上半年全部建成投运。该绿色工程建成后，将充分利用张家口的大规模风、光互补特性与抽蓄电站的灵活调节能力，为京津冀提供稳定可靠的清洁电力，也将为2022年北京冬奥会场馆实现全部清洁能源用电提供可靠电力。
　　国家电网公司贯彻习近平总书记关于“积极发展清洁能源，推动形成绿色发展方式和生活方式”的重要指示，创新提出“再电气化”概念，逐步建立以清洁能源为主体的安全、经济、高效、可持续的新型能源体系，取代以化石能源为主体的高碳、高排放能源体系，让绿色清洁的能源能够充分利用特高压电网的优势和市场化机制，越来越顺畅地传递到千家万户。
　　特高压电网　清洁能源输送大通道
　　不论是东北供暖期风电消纳比例提升，还是西北大规模新能源基地发电量破千亿，都离不开一张具有平衡调节能力的特高压大电网。
　　经过4年努力，12条国家大气污染防治行动计划的特高压交直流工程全面竣工，将京津冀鲁、长三角、珠三角地区和北部、西部、西南能源基地相连，形成了一幅自北向南、自西向东的清洁电能输送蓝图，使西南水电、西北风能太阳能资源的集约开发和大范围消纳成为可能。
　　在国家大气污染防治行动计划12条重点输电通道中，国家电网公司负责11项输电工程建设，其中特高压工程8项，再加上酒泉—湖南、扎鲁特—青州两项特高压直流工程，这10项特高压工程总投资2200亿元，途经16个省（区、市），全面建成投运后，将增加东中部地区受电能力8000万千瓦，每年减少燃煤运输1.8万吨，降低PM2.5浓度4%～5%。这些西电东送的特高压工程，输送的电能80%都来自清洁能源，这对于推动能源转型与绿色发展、优化能源资源配置、保障电力供应、防治大气污染、拉动经济增长等具有显著的综合效益和长远的战略意义。
　　清洁能源大规模并网的挑战不仅仅是资源禀赋不均衡带来的跨区域输送问题，还有因为清洁能源本身的波动性、间歇性以及不具备调频、调压等主动支撑能力的特性，需要更好地源网荷协调发展和友好互动技术。为了更好地满足清洁能源高比例接入需要，各国都在通过加快研发各种不同技术来解决这一问题。其中，虚拟同步机就是其中一个重要方向。
　　位于河北张家口的新能源电站就有一样能够驾驭不羁的新能源发电波动的法宝——2套0.5万千瓦电站式虚拟同步机。这是世界上首个具备虚拟同步机功能的示范工程，其自主研发的虚拟同步机技术很好地实现发电效益与电网支撑的平衡，提升了电网安全稳定运行水平，满足新一代电力系统所需的智能、可控、灵活等要求，保障了新能源和大电网的友好相处。
　　除了虚拟同步机技术，±500千伏柔性直流电网、低碳冬奥智能电网、电动汽车智能互动充电等科技示范工程，正在孕育、成长。放眼更广阔的科技创新领域、更长远的未来，更多科研人员仍在持续研究和探索。
　　从用煤到用电　北方冬季取暖越来越清洁
　　青海省玛多县位于青藏高原三江源核心区，年平均气温零下4.1摄氏度，供暖期长达11个月，取暖在玛多成为“刚需”。传统的燃煤取暖既不环保也不经济。在国家电网公司和青海省委省政府的共同努力下，玛多县开始了“煤改电”的清洁取暖之路。
　　实施清洁取暖示范项目后，牧民得到了巨大的实惠。在牧民桑杰家里，客厅里咕嘟嘟煮着喷香的奶茶。推开卧室门，一张电热炕，与藏式古朴的建筑风格融为一体。电热炕的温度可以随时调节，冬天睡觉时，盖上轻薄的被子就可以了。海拔4500米的高原上，寒冷的冬天里暖意融融。
　　除了远在西北的青海玛多县，深受雾霾困扰的京津冀地区也早早开始实施“煤改电”行动。2017～2018年采暖季，北京地区“煤改电”用户达到累计达104.1万户，每个采暖季可减少减少散煤燃烧416.4万吨，相当于60节的火车装满1000余列，减排二氧化碳1082.6万吨、二氧化硫9.99万吨、氮氧化物2.91万吨。2017年冬季，北京雾霾天明显减少，2017年北京市空气中细颗粒物月均浓度比上一年下降54%，为近五年来历史同期最低。
　　目前，国家电网公司累计投资258亿元实施京津冀重点区域“煤改电”工程，完成2068个村79.9万户居民电采暖改造工程，京津冀重点地区全部实现无煤化，全国地级以上城市建成区已经全部淘汰燃煤小锅炉。
　　供暖季需要解决的问题不只是燃煤污染。一般来说，每年的11月至次年的4月是三北地区全年风资源最好的季节，却也是这些地区的供暖季。这段时间内，火电装机承担了大部分的供热任务，调峰能力较非供热期明显降低。新能源消纳和保障地区供热之间矛盾突出。供热季长达7个月的蒙东地区，“风火”矛盾尤为突出。
　　为了解决这些问题，从2013年起，国网蒙东电力开始探索风电供暖这一全新供暖方式，促成赤峰市林西县和通辽市扎鲁特旗两个旗县作为“风电供暖试点旗县”，启动风电供暖试点建设。扎鲁特旗风电供热试点项目建设总投资3673万元，包含蒙东协合教育园区与河北新区两个风电供热站。该项目负责人表示，风电供热项目通过取缔多个大型燃煤锅炉，使得大气环境有明显改善。据国网蒙东电力提供的数据，按每年用电量4739.9万千瓦时计算，上述两个风电站每年可节约标煤8152.6吨，减少烟尘排放量78.3吨，减少二氧化硫排放134.5吨，减少二氧化碳排放20028.6吨。
　　市场化机制　跨区跨省大规模交易清洁电能
　　装机20.1万千瓦的中节能昌西第三风电场于2012年建成投运，运行近五年来，弃风限电一直比较严重。谈到风电消纳，场长王伟说：“短期和超短期时段的预测，咱们已经可以做得很精准了。现在的问题是怎么把这些预测准确的电量及时送出去。”
　　甘肃省的风电发电装机、光伏发电装机分别位居全国第二和第一，新能源装机总量达2066万千瓦，但最大用电负荷只有1468万千瓦，所以王伟的问题也是其他许多风电场场长头疼的事儿。
　　2017年年初，专门针对弃风、弃光电量的富余可再生能源跨省区现货交易正式启动，甘肃省内227家新能源发电场站全部获得入市交易资格。王伟们的难题有了解决方案。
　　“风电场的富余电力通过系统报送到现货平台，电力公司根据我们申报的富余电力，和省外的需求方匹配。我们风电场根据校核成交之后的电量增加发电，就把这部分富余的电量送出去了。”王伟指着电脑屏幕说，他们场的发电量同比增长了39%，增加的电量中有90%——约4300万千瓦时是通过参加跨省区现货交易实现的。
　　建设远距离输电工程可为新能源大范围配置提供保障，日前和日内的跨省区现货交易则为当前的技术无法实现中长期精准预测的风电、光伏等新能源消纳找到了“新大陆”。据国网甘肃省电力公司调控中心调度处处长伏岁林介绍，2017年甘肃的新能源发电量同比增长27.75%，弃风弃光电量同比减少19.26%，通过跨省区现货交易消纳的新能源电量为28.19亿千瓦时，占新能源增发电量的50%。
　　电力现货交易买卖主体自主参与、自主决策的特点，不仅为西北的清洁能源消纳找到了“新大陆”，也为东北供暖季“风火”矛盾带来了全新的解决方案——电力调峰辅助服务市场，使深度调峰的发电机组得到市场化定价的经济补偿，以价格信号激励发电企业在系统调峰困难时主动减发，为其他电源腾出消纳空间。
　　在东北电力调峰辅助服务市场中，由于系统调峰异常困难，不能深度调峰的火电厂向提供深度调峰服务的火电厂支付了大量的补偿金。这种收支变化，推动东北火电企业转变观念，将电力调峰视为未来一项重要的收益来源，积极开展灵活性改造。
　　“通过技术改造，今年我们厂上网的最低出力同比压降了20%，相当于让出全省发电量的1/15。2017年仅11月就少发电3500万千瓦时。”辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司董事长兼党委书记程荣新在谈到调峰辅助服务市场机制时说，“虽然少发了电，但因为给新能源发电让出空间，少发的这部分电从国家电网调峰辅助服务市场的机制中获得补偿，平均价格达到0.5元/千瓦时。综合下来，我们比原来发电时的效益还要好。”
　　目前，东北地区约89%的火电厂主动要求进一步调峰，以规避支付调峰补偿金；这其中77%的火电厂还通过参与深度调峰获得经济补偿，有力缓解了调峰困难，为风电让出了消纳空间。
　　数据显示，东北电力调峰辅助服务市场机制运营以来，东北全网调用有偿调峰服务38.88亿千瓦时，支付补偿费用16.63亿元，有偿调峰服务平均价格0.428元/千瓦时；补偿火电应急启停调峰93台次，补偿金额10670万元。同期，东北全网风电受益电量共计131.80亿千瓦时，承担分摊费用4.79亿元，折合风电为每千瓦时受益电量分摊约0.036元。截至2017年11月底，辽宁电网的弃风率降到5.85%，吉林电网弃风率降到17.54%，黑龙江电网弃风率降到11.04%，蒙东电网弃风率降到12.26%，红沿河核电实现冬季3台机组共计3345兆瓦的满出力运行。
　　通过跨省区现货交易和调峰辅助服务市场等新机制，国家电网公司探索出一条通过市场化消纳清洁能源的新途径，有效促进了新能源消纳，为清洁能源在更大范围内优化配置积累了宝贵经验。未来，国家电网公司将推动建立以电为中心的能源统一规划体系，统筹考虑能源布局、结构、时序和配置方式，推动能源结构优化升级，不断加强顶层设计，完善电力市场机制，促进电力客户跨区跨省购买清洁能源，扩大清洁能源交易规模。
　　信息来源：国家电网报