“十四五”時期山東電力系統應用前景研究進展

劉 潔，郭育碩

（桂林理工大學環境科學與工程學院，廣西 桂林541004）

“十三五”期間以來，山東電力系統雖然呈現出快速發展的趨勢，但隨著電力系統的顯著改善，山東電力系統也面臨著嚴峻的運行壓力[1]。能源儲存是解決這個問題的有效手段，能源儲存可以有效地提高電網的新能源消耗能力、峰值力、緊急電力保障能力，還可以和電機設備一起進行頻率調節應用。根據山東電力網目前的狀況，有必要去探索山東電力網的實際情況和應用前景。

1 研究現狀及分析

“十三五”以來，山東省積極推進能源結構優化調整，清潔能源裝機比例不斷提高。山東省正努力促進可再生能源的發展，即風能、太陽能等自然生產的無窮能源。

山東省風電廠中所裝配的所有汽輪或水、風力發電機組額定功率之和達到13.54 GW，較“十二五”末增長225.1%，位居中國第四。而太陽能光伏發電系統裝機容量則成為第一，已增加至0.16 GW，約占11.5%。直至2019-12，山東省的可再生能源和新能源的電站容量為36.24 GW，約占全省的25.8%[2-5]。

“十四五”期間，山東省固有的可再生能源生產能力將進一步擴大，節能和原子能設備生產能力將持續提高。考慮到行政區域內各種電源的容量，估計至“第十四個五年計劃”時期末，電力系統的最大容量將會小于13.2 GW。預計至2030年，電力系統的容量將小于18.4 GW。

由于山東省輔助服務市場深度控制補償較低，火力企業對機械設備的靈活改造意向較低，改造動力不足。積極發展儲能將是解決山東電網調峰需求的有效手段。“十四五”期間，山東調頻資源有望充足。山東的新能源裝機份額未來還會進一步提升，未來山東省新能源設備的比例將進一步提高。

山東電力網的總設備容量和總使用量雖然與德國電力網相似，但新能源裝機比例卻相差懸殊。

山東、德國電力網參數比較如表1所示。

表1 山東、德國電力網參數比較

2 討論

圖1展示了“十三五”以來山東省的電力負荷增長情況。過去3年間，山東電力系統“迎峰度夏”發生了電力不足的情況，而2018年最大高至6.6 GW。2019年，山東省因“涼夏”等原因而沒有采取措施，例如行政措施、經濟手段、技術方法與錯峰、避峰、輪休等，但此年中省調用電設備全部運行時的總用電負荷最大負荷與最小負荷之差已增加至24 GW[6]。

圖1 “十三五”以來山東用電負荷增長情況

隨著人們生活水平的不斷提高以及各項政策的扶持，山東電網夏季生活用電負荷不斷增加，在極端天氣和動力煤炭供應不足的情況下，缺口仍將進一步擴大。“十四五”期間，山東省的非常規能源發電廠裝機容量將進一步擴大，“外電入魯”、核電裝機容量不斷增加，統籌考慮省內各類電源最低穩燃負荷與最大負荷之比，預計到第十四個五年規劃末，山東電力系統調峰容量缺少約1 320萬kW，到2030年電力系統供應能力約達到1 840萬kW[7]，如果不能及時增加調峰供應資源，山東電力系統安全穩定運行也將受到嚴重威脅。

國家電網有限公司黨組書記、董事長毛偉明曾表示，考慮到支持發展可再生能源與新能源消納，仍需進一步發展新型儲能，最終才可能平衡發展的遠景目標。“十四五”中國電企輸配電價的核定將進入第二個監管周期，在此時期內，提供儲能、負責供電一方的儲能將伴隨著中國電力生產、傳輸、使用和銷售關系的總和改革的深入推進而將會遇到很多新的上升機會，建議密切關注行業發展動態，著重致力于電網側儲能的布局[8]。建議密切關注行業發展，積極探索電網側儲能設備的布局。

儲能本身不僅不產生電量，甚至還會消耗電量，其價值在于為電網提供調峰調頻等輔助服務，因此儲電的價值和有利之處只能通過電力輔助服務市場、現貨市場或其他政策來實現。隨著電力市場化改革趨勢，政府應為之制定合理的儲能政策，促進儲能的發展。山東省是全國現貨市場的八個試點地區之一[9]，預計到2020-09現貨試結算后，市場用戶不再執行峰谷電價、輸配電價固定，調峰輔助服務市場取消，調頻輔助服務市場的電價包含機會成本電費，預計價格將會呈上升趨勢。隨著電力市場改革的持續深入，同時也會加大“外電入魯”的力度，使煤等礦石、石化燃料的化學能轉化為電能的機械設備等朝著多樣性的方向發展，山東電網的機組承擔電網調峰任務的特殊運行方式將會變得更加多樣化，從而對電能的儲存要求不再那么苛刻。2020年，大規模的調控力量和有限的電源火電調節正是山東所需要的。

有研究表明，抽水蓄能時兩部分電力的價格可以嵌入獨立的蓄能電站，但是很難確定兩部分電源的容量和成本并實施[10]。建議可以像發電廠部分不依附外界而自主地儲存電能一樣成為單獨而自立的個體來介入參加現貨市場，也可以要求開發新能源企業和單位建造抽水儲能電站或向負責供電的一方租借，用以調節峰谷用電問題，而電網側獨立儲能電站可以收取租賃金。基于促進可再生能源消費、緩解負荷中心局部電網輸電擁堵、確保山東省外電力輸入通道安全等原則，優先在山東省北部和東部沿海區域新能源資源充裕，電力網內各發電廠、變電所和開關站的布局及連接它們的各級電壓電力線路的連接方式較差的地區部署儲能電站。

將電能可逆地進行存儲和釋放的新型電化學儲能和機械儲能（壓縮空氣儲能、飛輪儲能燈光）是將用電少的地方多余的電調往電能不足的地區，改變頻率從而提升電能質量的有效措施[11]。壓縮空氣儲能類似于泵儲能空間，可以起到峰值整形的輔助作用。從長遠來看，大容量、長延時、低造價的儲能是山東電網的硬性需求。雖然計算儲能需求很復雜，但除了泵式抽水蓄能外，通過火電機組靈活性轉換，詳細分析山東省能否實現外部電力的峰值形成以及核能發電能夠提供的調峰容量仍存在一定不確定性[12]。

3 結論

綜合上述，在“十四五”期間，山東省的電力系統調節靈活性改善的兩個主攻技術方向為：提升火力發電機組的多樣化調峰能力，加大抽水蓄能、儲能、旋轉葉輪式熱力發動機等靈活性調節電源份額[13]。建議山東電力系統未來發展以建設電力系統調峰能力和提高安全可靠運行能力為重點，優先發展大型抽水蓄能電站，本著“廣泛結合、互補”的原則，優先發展大規模抽水蓄能電站，鼓勵發展分布式電化學儲能電站。在提升山東省電力系統調節能力計劃階段中，預計儲能在“十四五”期間會有240萬kW的空間[14]。盡管儲能技術反應速度快、配置靈活，然而囿于經濟和安全的限制，大規模的應用仍然是困難的，但試點建設必不可少，制定適宜于山東省電網改革發展的儲能政策，必須要根據山東省電網目前的現狀以及其電力系統利益分配格局進行合理編制與劃分。包括優先發展一批抽水蓄能電站項目，積極探索鼓勵推進新能源電站配儲能，促進風光電源側配儲能，探索推進電網側儲能。