建设新型电力系统背景下电源调峰路线研究_吴雪松.pdf

第 卷第 期红水河 年 月 建设新型电力系统背景下电源调峰路线研究吴雪松，李夏阳，付 菁，雷丽仙（广西水利电力职业技术学院，广西 南宁；中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，广西 南宁）摘 要：在建设新型电力系统大力推动电源结构清洁绿色转型过程中，电网调峰压力增大，急需增加电力系统特别是电源侧的灵活调节能力。针对传统电源调峰中存在的调峰能力不足、手段单一、运行不灵活、调峰方式选择困难等问题，在应用新技术深度挖掘电源调峰潜力的基础上，综合考虑经济、环境、实施性等多种因素，优化电源侧调峰顺序。该方法在抽水蓄能电站、大型调峰电源建成前，为增加电力系统调节能力、提高电力系统运行灵活性提供了新路径，为建立辅助调峰市场平台提供参考。关键词：新型电力系统；电源调峰；电源侧；调峰措施中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：开放科学（资源服务）标识码（）：,(,;,):,:;引言推动电源结构清洁绿色转型，加快构建以新能源为主体的新型电力系统，是助力实现“双碳”目标的重要举措，这就要求电力系统需不断提升优化自身的调节能力来适应和支撑新能源大规模发展的需要。然而，我国电力系统特别是电源侧的灵活调节能力严重偏低、调峰措施不足、调节灵活性欠缺，抽水蓄能电站建设周期长，难以支撑近期新型电力系统的发展。因此，立足于当前电源调峰现状，应用新技术挖掘电源调峰潜力、优化并给出具体的调峰策略是缓解调峰问题的关键。已有较多学者对不同类型电源调峰进行了研究：文献对供热机组和纯凝机组提出了灵活性 收稿日期：；修回日期：基金项目：年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（）；广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划资助项目（桂教人才 号）作者简介：吴雪松（），男，河北石家庄人，高级工程师、副教授，硕士，主要从事电力系统规划。：。吴雪松，李夏阳，付 菁，等：建设新型电力系统背景下电源调峰路线研究改造整体解决方案，并进行经济性核算；文献和文献分析了核电机组参与电网调峰的安全性和经济性，提出了核电参与电网调峰的相关建议；文献分析了机组启停的可行性，测算了不同机组启停费用；文献分析了启停调峰及深度调峰对机组锅炉、汽机、环保及电气设备安全性的影响，提出了尽量保障大机组带基础负荷，避免大机组启停调峰；文献选取个别指标对“十三五”期间广东接纳西电能力进行了分析。从已有文献来看，电源调峰研究多见于单一类型电源调峰分析，缺少多种调峰措施经济技术评价分析。本文在对电源侧主要调峰措施进行对比的基础上，以广西电网为例，分析“十四五”期间电网调峰路线，并提出相应措施建议。电源侧调峰措施经济比较广西电源侧调峰挖潜手段主要有外电调峰、燃煤自备电厂调峰、核电调峰、火电灵活性改造、火电启停调峰等。本文按增加调峰容量 来计算，对各调峰手段进行整体经济比较。固定投资外电调峰、燃煤自备电厂调峰、核电调峰、火电启停调峰由于只是调整运行方式，不造成固定投资增加；火电灵活性改造需要增加固定投资，其技术路线较多，目前采用最多的是增设储热罐的方案，该方案技术成熟可靠、投资费用适中。参考同类型已投产项目投资，等级机组储热罐投资费用约 万元 台，机组储热罐投资费用约 万元 台，最终费用需根据机组实际情况和招标来确定。要达到增加调峰容量 的目标，暂按对增加调峰容量较好的鹿寨热电厂 台机组、合山电厂 台机组进行改造考虑，初步估计火电灵活性改造投资分别增加 亿元。年费用云电调峰通过低谷时段减少云电受入来减少弃水，区内其他电源的出力不变，不造成年费用增加。燃煤自备电厂调峰通过利用机组调峰能力，减少自身出力来减少弃水。按增加调峰容量 进行调峰平衡计算，年减少发电量 亿 （年调峰时长约 ），按煤耗 、到厂煤价 元 计算，可减少燃料成本 亿元；同时，考虑其他可变年费用降低 亿元，年费用合计降低 亿元。火电灵活性改造由于调峰深度增大，机组发电煤耗率相应加大。其中，固定投资折算的年费用增加约 亿元（按运行年限 、折现率、固定运行费率 计算）；可变年费用中考虑调峰期间减少耗煤量但发电煤耗率增加因素后，可减少燃料成本 亿元，同时考虑其他可变年费用降低 亿元，可变年费用合计降低 亿元；因此，综合年费用降低 亿元。火电启停调峰对机组寿命影响较大，加快了设备的折旧。参考国内 机组研究，热态启停一次的寿命损耗时间为 ，折算固定年费用增加约 亿元；可变年费用中考虑减少燃煤发电 亿 和发电煤耗率增加（参考国内实验数据，按 ）因素后，燃料费用降低 亿元，同时考虑其他可变年费用降低 亿元后，综合年费用比基础方案的低 亿元。核电调峰减少了弃水，但同时也减少了核电发电量。采取稳降出力后，煤电机组发电量增加 亿 ，年费用增加 亿元。调峰措施经济分析结果综合以上分析，电源侧调峰经济性从优到劣依次为燃煤自备电厂调峰、火电灵活性改造、火电启停调峰、外电调峰、核电调峰，详见表。表 各调峰手段经济指标表项目云电调峰燃煤自备电厂调峰火电灵活性改造火电启停调峰核电调峰一、新增调峰规模 二、主要经济指标（相对值）新增投资 亿元固定年费用 亿元可变年费用 亿元 燃料外可变年费用 亿元 燃料费 亿元年费用（）亿元 电源侧调峰措施技术比较 调峰挖掘规模和调峰效果结合广西可挖掘新增调峰能力分析，云电调峰可增加 调峰深度，年后可挖掘规模为 ，具备较大的优势；燃煤自备电厂调峰可增加 调峰深度，效果较为明显，挖潜规模为 ，也较大；通过火电灵活性改造可以改 红水河 年第 期善机组调峰能力、爬坡速度、启停时间等多个方面，广西统调火电厂改造后平均调峰深度增加约，较小，但可改造规模较大，可重点推动调峰深度增加 左右的电厂改造；火电启停调峰可增加 调峰深度，但由于具备启停调峰能力的机组少，可挖潜规模仅 ；核电 稳降出力调峰，需要增开火电机组，防城港核电一期、二期（总装机容量 ）实际新增调峰规模最大仅约 。因此，综合调峰挖潜规模和调峰效果，从优到劣依次为云电调峰、燃煤自备电厂调峰、火电灵活性改造、火电启停调峰、核电调峰。实施性云电深度调峰没有相关协议，需要在南网平台整体协调，调峰深度受当年水情、负荷、整体调峰形势等多个因素影响，不确定性大。根据燃煤自备电厂规范建设和运行专项治理方案（征求意见稿），自备电厂应履行电网调峰义务，广西区域电网自备电厂虽不受广西电网统一调度，但随着相关机制和调峰交易平台完善，将逐步实施。火电灵活性改造涉及锅炉、汽机、辅机、控制系统等多个方面，需要“一厂一策”，目前南方电网仅有北海电厂 个火电灵活性改造试点，但随着经验推广及政策和辅助调峰手段的完善，规模将逐步扩大，改造费用也将逐步降低；火电灵活性改造实施工期较短，以北海电厂改造为例，计划实施工期约 个月，其中无须停机部分施工期约 个月，停机施工部分配合机组检修计划实施确定，工期约 个月。火电启停调峰技术较为成熟，来宾 厂 年参与启停调峰 多次，除此之外，广西火电厂纷纷改供热后，及以上机组参与启停调峰意愿不大。核电 安全调峰实施较为容易，按协议要求可对核电厂进行深度调峰或者关停，但整个调峰过程复杂，实施中有较多限制，在核燃料寿命末期不能参与调峰，在安全运行状态较差时少参与负荷调节；此外，核电参加市场化竞价发电增加，降功率运行困难。因此，从实施性来看，各调峰手段推进均有一定受制因素，均需要政策激励，但相对而言，核电安全调峰实施最为容易，但停机调峰或者稳降调峰受安全约束较大，实施中需要协商进行；其次为来宾 厂启停调峰；再次为接入公网的自备电厂调峰，属基本调峰，无须改造即可实施，但区域电网自备电厂调峰有一定难度；然后是火电灵活性改造涉及机组改造，但火电灵活性改造多为公网电厂，而且属于国家鼓励方向，推动阻力相对较小；云电调峰不确定性较大。政策环境良好的政策环境是促进项目落地的重要保障。火电灵活性改造属于国家鼓励的方向。国家发展改革委、国家能源局关于提升电力系统调节能力的指导意见（发改能源 号）、电力发展“十三五”规划提出火电灵活性改造具体要求，“十三五”期间，火电灵活性改造规模达 亿 左右，并下发了两批试点改造项目；广西发展改革委也在着手开展广西火电灵活性改造专题研究，随着火电灵活性改造经验成熟和相关保障政策完善，广西实施火电灵活性改造是必然趋势。通过市场化手段推动自备电厂调峰是今后发展的方向。年，国家发展改革委印发了燃煤自备电厂规范建设和运行专项治理方案（征求意见稿），提出并网燃煤自备电厂按照公用电厂同等标准管理，完善并网调度协议，服从电网调度管理；同时向电网提供调峰等辅助服务；鼓励清洁能源采用市场化手段替代燃煤自备电厂发电。广西发展改革委也印发了广西企业自备电厂管理暂行办法，提出并网自备电厂要按照“两个细则”参与电网辅助服务考核与补偿。年，广西壮族自治区人民政府办公厅印发广西水电与火（核）电发电权交易方案，建立水火核发电权转让机制，由水电机组替代燃煤机组发电。核电属清洁能源，提倡安全保障性消纳，尽量减少安排核电机组深度调峰。年，国家发展改革委、国家能源局印发了保障核电安全消纳暂行办法，确定了核电保障性消纳的基本原则为“确保安全、优先上网、保障电量、平衡利益”，为提高核电机组安全性和减少三废排放，电网企业应尽量减少安排核电机组调峰。年，国家发展改革委、国家能源局发布了清洁能源消纳行动计划（年），年全国核电实现安全保障性消纳。因此，从政策环境来看，火电灵活性改造、自备电厂辅助调峰属于国家鼓励和发展的方向。辅助调峰补偿费用根据南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则规定：燃煤机组每启停调峰一次按 元 的标准补偿；核电停机或深度调峰、火电灵活性改造按深度调峰补偿 元 万 ，按低谷时段调峰 计算，每次补偿费用 元 万；自备电厂 调峰属基本调峰范围内，无补偿；云电调峰属于区域间互济，无补偿。吴雪松，李夏阳，付 菁，等：建设新型电力系统背景下电源调峰路线研究因此，从辅助调峰补偿来看，从低到高依次为云电调峰和自备电厂调峰、核电深度调峰或火电灵活性改造、火电启停调峰。环境效益云电调峰通过南网平台整体协调，在南网范围内消纳云电，减少广西弃水；燃煤自备电厂调峰、火电灵活性改造、火电启停调峰均是通过提高煤电的调峰能力，减少了弃水，有利于减轻广西环保压力，提高区内清洁能源利用；核电属于清洁能源，核电停机和稳降功率运行，需要增开煤电机组，不利于清洁能源利用。因此，从减轻环保压力来看，燃煤自备电厂调峰、火电灵活性改造、火电启停调峰相对较优，其次是云电调峰，核电调峰相对较差。调峰措施选择顺序建议综合经济技术多方面对比，各类调峰手段优先排序为火电灵活性改造、燃煤自备电厂调峰、核电调峰、云电深度调峰、火电启停调峰、储能调峰和核电停机调峰。广西“十四五”电源调峰策略 年，广西全社会用电量达 亿 ，同比增长。最高负荷 万，峰谷差较大，且负荷低谷增长缓慢。年，广西总发电装机容量为 万，水电占比，火电占比，核电占比，风电占比，光伏发电占比。受电源结构及负荷特性变化、流域来水集中、汛期水电调节能力差、核电保障出力、火电保安全保供热出力、云电协议执行、风电反调峰等多重因素叠加的影响，广西区内电力系统调峰能力不足、措施有限、机制不完善等问题突显。尤其是在台风、连续降雨等极端天气期间，调峰异常困难，弃风弃水风险凸显。“十四五”期间，云电送入，核电、风电规模不断扩大，但广西调峰手段不足（水电汛期调峰能力差，自备电厂规模大、基本不调峰，核电受安全运行约束，火电受保供热出力约束），接受云南水电丰水期调节性能不强，弃水规模仍将保持在较高水平，清洁能源消纳困难。结语结合广西调峰资源情况，广西“十四五”期间电源调峰挖潜的路线为“燃煤自备电厂调峰火电灵活性改造”，并从优化乌东德水电站送电曲线、低谷时段云电送电广东等多方面争取云电调峰。从中长期来看，由于广西新增电源主要是核电和新能源，为进一步提高电网灵活调节能力，建议在推进龙滩水电站扩机和新建抽水蓄能电站的基础上，重点推动储能技术和需求侧管理。参考文献：王金鹤，赵晓燕东北地区火电机组提升调峰能力的灵活性改造方案热电技术，（）：孙闻，徐衍会，陈世和，等考虑核电调峰的广东电网机组组合南方电网技术，（）：郑宽，王轶禹，王耀华，等“十三五”