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“諸多光伏和風電電站的上網(wǎng)電量從數(shù)日前正在逐步下滑，12月4日晚上23點，新疆諸多清潔能源電站接到調(diào)令，匯集線路由運行轉熱備用，停止發(fā)電及向電網(wǎng)輸送電力。新疆的光伏、風電運營企業(yè)正在面臨從未有過的‘寒冬’，多數(shù)電站將面臨整個冬季無營收的困境�！�

一則限電的新聞，在幾天之內(nèi)被迅速的傳播，業(yè)內(nèi)人事紛紛質(zhì)疑電網(wǎng)的不作為。華北地區(qū)正在遭受霧霾的困擾，為什清潔能源卻被限制發(fā)電？其實清潔能源被“限發(fā)”由來已久。本文就清潔能源限電問題展開討論。

1．一些概念

我們需要理解的一些概念性的問題，比如清潔能源的間歇性、什么是調(diào)峰、什么是熱備用等等。只有明白這些問題之間的聯(lián)系，才能明白為什電網(wǎng)會這么做。

1．1 清潔能源的間歇性

水利發(fā)電是最早被利用的清潔能源，也是最被電網(wǎng)歡迎的清潔能源，水電主要靠重力勢能變成機械能推動水輪機轉動，水輪機轉動變成電能。它的最大的特點就是“說發(fā)就發(fā)，說停就停”，電網(wǎng)要你發(fā)電，只要打開水閘，不讓你發(fā)電，關閉水閘就好了。水電唯一的問題的是受枯水季節(jié)的限制，比如春、冬季節(jié)降水較少，水電出力（發(fā)電能力）就會變小。

風電在我國發(fā)展的時間比光伏早很多，三北地區(qū)的風電安裝容量非常大，08年左右風電限電問題就非常嚴重了，風電是幾種清潔能源中對電網(wǎng)“最不友好”的一種能源。風電的“反調(diào)峰”（完全不能滿足電網(wǎng)調(diào)度）能力非常強、白天用電高峰期，沒風不發(fā)電。晚上用電少的時候風大了。大電網(wǎng)的電能是不儲存的，用多少發(fā)多少，不然電網(wǎng)就會崩潰，損失是災難性的。

光伏大家都了解，白天發(fā)電、晚上不發(fā)電，晴天發(fā)電多、陰天發(fā)電少、多云時波動較大。光伏發(fā)電可以幫助電網(wǎng)在白天經(jīng)行“調(diào)峰”所以是比較友好的一種清潔能源。分布式光伏發(fā)電對電網(wǎng)幾乎沒有影響，大型地面地站扎堆建設在西北荒漠地帶，對電網(wǎng)就是一種“負擔”。

1．2 調(diào)峰

由于用電負荷是不均勻的。在用電高峰時，負荷大。此時需要投入在正常運行以外的發(fā)電機組以滿足需求。這些發(fā)電機組稱調(diào)峰機組。因為他用于調(diào)節(jié)用電的高峰，所以稱調(diào)峰機組。調(diào)峰機組的要求是啟動和停止方便快捷，并網(wǎng)時的同步調(diào)整容易。一般調(diào)峰機組有燃氣輪機機組和抽水蓄能機組等等。

電能不能儲存，電能的發(fā)出和使用是同步的，所以需要多少電量，發(fā)電部門就必須同步發(fā)出多少電量。電力系統(tǒng)中的用電負荷是經(jīng)常發(fā)生變化的，為了維持有功功率平衡，保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，需要發(fā)電部門相應改變發(fā)電機的出力以適應用電負荷的變化，這就叫做調(diào)峰。

反調(diào)峰顧名思義就是與電網(wǎng)調(diào)峰谷負荷工作唱“反調(diào)”，實質(zhì)上是在調(diào)峰工作中某些地方電網(wǎng)或電廠出于本身利益和工作方便，不顧全網(wǎng)利益的一種反常行為，他們在電網(wǎng)低谷負荷全網(wǎng)出力過剩時不吸收系統(tǒng)功率，相反還輸出功率，搶發(fā)電量；而在高峰時因機組電壓低，溫度高又減其可調(diào)出力，其結果非但加重了其他調(diào)峰調(diào)頻廠的壓力。

新疆、甘肅等西北省份，大部分的調(diào)峰任務都是火電廠承擔的，因為這里沒有建設水電站的條件，從目前國產(chǎn)鍋爐來講，理論上可以從100％調(diào)到30％，也就是說，一臺600MW機組，其發(fā)電量可以能夠從600MW下降到180MW，其調(diào)峰能力是420MW，其調(diào)峰深度是70％。但是實際上國產(chǎn)鍋爐不能滿足上述要求，能夠滿足50％的調(diào)峰能力已經(jīng)是很不錯的了。

調(diào)峰電廠有燃氣輪機機組和抽水蓄能機組等。目前多數(shù)采用水力發(fā)電廠調(diào)峰，因為這兩類調(diào)峰電廠的性能不同，水力發(fā)電廠響應很快，開機、停機比較靈活，而火力發(fā)電廠響應較慢，從鍋爐起爐到汽輪機并網(wǎng)發(fā)電需要好長時間，所以主力調(diào)峰電廠就是水力發(fā)電廠，在水力發(fā)電廠調(diào)峰不足或者枯水期的時候，就需要啟用火力發(fā)電廠進行補充調(diào)峰。

水力發(fā)電廠的調(diào)峰工作狀況一般是在用電低谷期，調(diào)峰電廠以電能作動力，抽水蓄能將電能轉化為可以儲存的能量，而當用電高峰期，調(diào)峰電廠通過水力發(fā)電把儲存的能量轉化為電能，送入電網(wǎng)。至于火力發(fā)電廠的工作狀況，就是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉換成電能的一種發(fā)電方式。

目前有很多企業(yè)在大型水電旁邊建設大型和特大型光伏電站，2013年世界上最大規(guī)模的水光互補光伏電站是——龍羊峽水光互補320兆瓦并網(wǎng)光伏電站。

1．3 熱電聯(lián)產(chǎn)

是指發(fā)電廠既生產(chǎn)電能，又利用汽輪發(fā)電機做過功的蒸汽對用戶供熱的生產(chǎn)方式，即同時生產(chǎn)電、熱能的工藝過程，較之分別生產(chǎn)電、熱能方式節(jié)約燃料。以熱電聯(lián)產(chǎn)方式運行的火電廠稱為熱電廠。對外供熱的蒸汽源是抽汽式汽輪機的調(diào)整抽汽或背式汽輪機的排汽，壓力通常分為0．78～1．28兆帕（MPa）和0．12～0．25MPa兩等。前者供工業(yè)生產(chǎn)，后者供民用采暖。熱電聯(lián)產(chǎn)的蒸汽沒有冷源損失，所以能將熱效率提高到85％。

1．4 北方冬季供暖

我們國家是以秦嶺——淮河為分界線區(qū)分南、北方。北方城市冬天使用暖氣取暖。時間一般從11月15日開始，3月15日結束。西北地區(qū)提前一個月供暖，推遲1－2個月結束。功能時間長、電網(wǎng)壓力較大。

“11月開始，東北地區(qū)進入采暖期，占全網(wǎng)裝機容量20％以上的火電機組開始供熱，機組總體調(diào)峰能力大幅下降�！�

“運行機組低谷出力按《2009年度遼寧電網(wǎng)運行方式》提供的非常規(guī)調(diào)峰定額減到最低，新投運大火電機組按50％調(diào)峰”

“陜西冬季，平水年調(diào)峰不足嚴重于枯水年，缺額最大的時段仍在12月達到1120MW平水年調(diào)峰整體略低于枯水年的主要原因是小水電出力不同，平水年比枯水年冬季小水電出力大10％夏季大30％。由于熱電廠冬季不參加調(diào)峰，擠占了可調(diào)電源的空間，使電網(wǎng)平均調(diào)峰能力大大降低�！�

以上內(nèi)容出自電力系統(tǒng)從業(yè)專家撰寫的論文，每個省的電力系統(tǒng)都在研究如何把快速發(fā)展的清潔能源并入電網(wǎng)，而又不影響正常的社會生產(chǎn)、生活用電。

火電廠中常規(guī)的凝氣式發(fā)電機組可以供熱，在其中壓缸至低壓缸的導管上打孔抽汽，可以滿足北方民用采暖蒸汽的要求。如果有工業(yè)用汽，可以根據(jù)其要求在中壓缸打孔抽汽。目前這樣的供熱機組非常多，尤其是處于城市附近的300MW機組，都要求采用上述供熱方式。

由于大量火電機組參與了城市供熱，導致負荷全滿（一邊供電、一邊供熱）能夠參加調(diào)峰的容量就不夠了，所以會限制清潔能源發(fā)電。

1．5 算例

上面的內(nèi)容估計大家看了頭疼，也可能不理解。下面我們模擬一個城市的春夏秋冬讓大家明白。

某城市有一座發(fā)電能力300的發(fā)電站，城市春、秋最大和最小用電量為250和150，該城市夏季炎熱，制冷（空調(diào)）負荷50，冬天有供熱負荷（暖氣）日間60、夜間100。該城市有50M太陽能電站和50兆瓦風力發(fā)電站。

春、秋天：火力機組50％出力時（備用余量150）可以完全接納風、光100％的出力。當多云，大風驟停時：光伏出力下降50％、風力發(fā)電出力變?yōu)?，有75的出力減少，火電站增加發(fā)電即可彌補。

夏天：火力機組按照66％出力時（備用余量100）白天也可以完全接納風、光100％的出力。夜間：光伏不出力，風電滿發(fā)時，火力機組減小50出力，也可以接納風力滿發(fā)。

冬天：火力機組如果全部參加供暖，100％出力，且24小時不減少出力（不參加調(diào)峰）。如果不考慮外送的話，電網(wǎng)只能接納10兆瓦左右的清潔能源出力。剩余90出力都會被限制。如果外送條件好，這些清潔能源出力不會被浪費，但是現(xiàn)實中，風、光資源豐富的地方，也是電網(wǎng)薄弱的對方，城市之間往往離著幾百公里，外送的條件不充分。

2．用風、光發(fā)電“燒開水”

文獻3中介紹了寧夏電力系統(tǒng)的專家針對棄光、棄風問題上提出的方法。

“寧夏電網(wǎng)配合清潔能源調(diào)峰的方式主要為火電機組。由于近幾年無新建火電項目， 導致清潔能源調(diào)峰壓力逐年增加。而且網(wǎng)內(nèi)大量火電機組為供熱機組冬季熱負荷限制了熱電聯(lián)產(chǎn)機組的調(diào)峰容量。在供熱系統(tǒng)中引入儲熱式電鍋爐后，可改變熱電機組所承擔的熱負荷與電負荷的比例。清潔能源調(diào)峰時， 一方面可以通過無熱負荷負擔的火電機組調(diào)峰；另一方面還可通過電鍋爐增加清潔能源電力的消納，對清潔能源出力實現(xiàn)削峰填谷�！�

具體方案為：

（1）負荷低谷期或風電、光伏出力大時，開啟電鍋爐儲熱；

（2）火電機組調(diào)峰容量不足時，投入電鍋爐儲熱供熱，增加火電機組的旋轉備用容量；

（3）根據(jù)清潔能源的出力變化，及時調(diào)整熱負荷與電負荷的比例。 當清潔能源出力高于計劃值時， 開啟儲熱式電鍋爐將熱負荷轉化為電負荷；在清潔能源出力低于計劃值時，關閉儲熱式電鍋爐將電負荷轉化為熱負荷。

把文獻3的這種方法解釋的再通俗一些，以前我們洗澡要用煤鍋爐燒熱水，現(xiàn)在有很多風電、光電用不完白白浪費了，我們買一個電鍋爐燒水，不用煤鍋爐了。

文獻4中對“風電參加熱電聯(lián)產(chǎn)”做了詳細的分析（可同樣用于光伏），得出了幾點值得思考的結論和建議：

1．風電替代熱電聯(lián)產(chǎn)機組進行供電和供熱， 因此， 在國內(nèi)“ 三北” 地區(qū)棄風嚴重的環(huán)境下， 具有明顯的節(jié)煤效益。其節(jié)煤量取決于所接納的棄風電量及其所替代熱電機組的燃料利用效率。

2． 在目前“三北”地區(qū)各棄風較為嚴重的電網(wǎng)中，均具有實施該方案的國民經(jīng)濟可行性，但由于各電網(wǎng)棄風情況不同，最優(yōu)安裝規(guī)模也會有所不同。在棄風非常嚴重的電網(wǎng)中，如蒙西電網(wǎng)，實施該方案將具有顯著的節(jié)煤效果和經(jīng)濟效益，保守估計經(jīng)濟內(nèi)部收益率可達到20％以上。

3．由于收益主體和成本主體不同， 該方案的實施需要對熱電廠進行合理的經(jīng)濟激勵。如熱電廠可通過與一些棄風電量較大、 棄風時間較長的風電場簽訂長期雙邊合同的方式鎖定利用電鍋爐的利用小時數(shù)以及調(diào)峰收益， 從而規(guī)避投資風險，達到與風電的共贏。

【1】王芝茗．蘇安龍．魯順 基于電力平衡的遼寧電網(wǎng)接納風電能力分析［期刊論文］ － 電力系統(tǒng)自動化2010（3）

【2】王乃永．姚金雄．李冰寒．趙淑蓉．張世強． 陜西電網(wǎng)＂十二五＂期間調(diào)峰能力研究［期刊論文］ － 陜西電力 2010（6）

【3】張杰．陳磊． 基于熱電轉換的風、光、火電機組協(xié)調(diào)性發(fā)電調(diào)度［期刊論文］ － 寧夏電力 2015（1）

【4】呂泉．姜浩．等 基于電鍋爐的熱電廠消納風電方案及其國民經(jīng)濟評價［期刊論文］ － 電力系統(tǒng)自動化 2014（1）

作者：張喆