新疆環塔里木盆地新能源接納能力分析

田壽濤，辛超山，范 靖，高 明，陳 誠，劉新剛

(1.國網新疆電力有限公司經濟技術研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國能源建設集團新疆電力設計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引言

新疆是我國能源資源富集區，在全國能源電力發展中具有較強的區位優勢。為積極助力實現“碳達峰、碳中和”目標，新疆“十四五”期間將加快推進新能源建設力度，深入調整電源結構，穩步發展“疆電外送”，推動新疆電力工業高質量發展。

環塔里木盆地太陽能資源豐富，水平面年太陽總輻射量多在5 100～7 400 MJ/m2之間，大部分地區的年日照小時數在2 600～3 200 h之間，獨特的沙漠環境適合大規模建設光伏電站。塔里木盆地東沿的羅布泊風區是新疆著名的“九大風區”之一，年平均風功率密度大于等于150 W/m2的儲量約20 500 MW，技術可開發量為16 000 MW。考慮到環塔里木盆地綠洲經濟特點、負荷發展水平以及特殊的網架結構，需要從多方面考慮新能源開發建設規模和電網接納能力。

綜合考慮當地豐富的新能源資源條件、特殊地理環境和電網供用電特點，本文以電力平衡、變電容量平衡、儲能容量配置等多個約束條件分析新疆環塔里木盆地新能源接納能力，提出多項保障措施用于保證新能源電站的消納，為新能源的規劃建設提供技術支撐。

1 新能源接納能力分析方法

目前，國內外對新能源發電并網消納的研究方法較單一。文獻[1]和文獻[2]從電網調峰能力和調度運行方面分析研究電網對風電的接納水平。文獻[3]從電力平衡、電量平衡和調峰平衡的角度對新疆南疆四地州區域光伏電站消納能力進行分析，判斷光伏電站的消納方向，指出能源發展的幾個關鍵問題，從而提升新能源的消納能力。文獻[4]通過建立常規機組、新能源機組、負荷的概率模型，運用卷積積分求出系統充裕度，在給定指標情況下進行調峰計算。文獻[5]和文獻[6]在綜合考慮負荷峰谷差率、系統備用容量、各類電源調峰能力和聯絡線功率調節等因素的基礎上，考慮電力平衡的充裕度、節能減排、新能源消納等因素，提出了可再生能源需求的計算方法。

電力平衡、電量平衡、調峰平衡分別表示電力系統在時序上電源出力與負荷需求、電源可發電量與系統需發電量、電源調峰能力與系統調峰需求之間的平衡情況。然而對于局部電網來說，電網互濟能力強，電力平衡和調峰容量無法衡量局部區域新能源的接納能力。因此，對局部電網需考慮網架結構約束條件下的電力平衡，同時結合儲能新形式進行分析，從而獲得局部電網在斷面送出能力、電力平衡、變電容量平衡等約束條件下的新能源接納能力，并分析研究配置一定容量的儲能。

2 約束條件下的新能源接納能力定量評估

2.1 環塔里木盆地新能源基地發電布局總思路

環塔里木盆地新能源基地發電布局總思路主要包括5個方面：

1)充分利用環塔里木盆地五地州之間斷面送電能力，加快布局750 kV電網，實現全疆范圍內的新能源電力消納和資源優化配置，通過分析夏季小負荷午間低谷負荷(以下簡稱“夏小午谷”)方式下的電力盈虧，確定五地州可新增新能源裝機。

2)新能源發電布局還要兼顧經濟可行性，在風能或太陽能資源好的地方優先建設，使新能源發電能夠在“十四五”期間平價上網，確保項目的可行性。

3)充分考慮新疆風能和太陽能分布特點，在發揮各地州新能源資源優勢的前提下，盡量整裝布置，充分利用“十四五”電網規劃成果，盡量充分發揮電網的送出能力，避免電網重復建設。

4)通過國網新能源云消納計算平臺，驗證“十四五”末期環塔里木盆地五地州新能源利用率和棄電量，判斷新能源分布是否合理。其中，五地州是指和田地區(以下簡稱“和田”)、喀什地區(以下簡稱“喀什”)、克州地區(克孜勒蘇柯爾克孜自治州，以下簡稱“克州”)、阿克蘇地區(以下簡稱“阿克蘇”)和巴州地區(以下簡稱“巴州”)。

5)通過對環塔里木盆地五地州750 kV變電容量計算，分析五地州盈余電力的送出能力，判斷新能源分布是否合理。

本文重點從1)、3)、4)、5)四個方面對環塔里木盆地五地州的新能源布局進行分析。

2.2 斷面約束能力分析

到“十四五”末，新疆電網將建成環塔里木盆地的750 kV環網結構[7]，滿足新疆南疆五地州“煤改電”用電需求，推進環塔里木盆地能源資源優勢轉換。然而受供電距離影響，網架支撐能力弱，斷面送出能力有限。運用電力系統分析綜合程序(PSASP)對環塔里木盆地電網暫態穩定性進行分析計算，得出環塔里木盆地各地州的斷面間交換能力為2 000～6 000 MW，如圖1所示。

圖1 2025年環塔里木盆地五地州斷面交換能力示意圖

2.3 考慮電力平衡約束條件的新能源接納能力分析

對環塔里木盆地五地州進行夏小午谷方式下的電力平衡分析，結果如表1所示。從電力平衡結果看，“十四五”期間夏小午谷方式下，在不考慮規劃新增的新能源裝機情況下，五地州有一定的電力盈余，最大盈余僅為610 MW。

表1 環塔里木盆地五地州夏小午谷電力平衡分析結果 MW

結合各地區斷面之間的網架交換能力，對各地區可接納新能源裝機容量進行預測，結果如表2所示。

表2 環塔里木盆地五地州新能源裝機缺口預測結果 MW

環塔里木盆地光資源豐富，風能資源僅分布在塔里木盆地東沿、巴州地區東部。結合地區資源分布特點，估算各地區風電、光伏裝機規模如表3所示。

表3 環塔里木盆地五地州新能源裝機規模估算表 MW

從上述電力平衡和斷面交換功率極限預測至“十四五”末，環塔里木盆地五地州可新增光伏裝機6 700 MW、風電1 800 MW。

3 新能源接納能力校核

通過上述約束條件對環塔里木盆地五地州新能源接納能力進行預測，利用國網新能源云平臺(利用率和棄電量)、電力平衡及750 kV變電容量平衡角度對新能源接納預測結果進行校核。

3.1 采用新能源云平臺校核

電網公司新能源云平臺通過對火電機組出力、調峰能力、水電庫容、斷面功率交換進行預先設置，將負荷特性與風電、光伏出力特性相結合，以社會總體成本最小為目標原則，應用生產過程模擬思路，對各省市縣單位進行新能源(風電和光伏)裝機規模、新能源利用率預測數據展示，實現各地區風電和光伏消納預警。運用新能源云平臺，從利用率和棄電量兩個方面校核“十四五”末環塔里木盆地五地州新能源接納容量，校核結果如表4所示。

表4 環塔里木盆地五地州新能源接納容量校核結果

從計算結果可以看出，環塔里木盆地五地州由于受負荷水平低、調峰電源少、網架結構薄弱等因素影響，較全疆84.45%的利用率水平偏低，但是后期隨著南疆“煤改電”二期項目、阿克陶抽水蓄能電站(4×300 MW)建設、儲能電站建設等措施實施后，能夠將利用率指標提升到電網公司要求的90%以上。

3.2 考慮電力平衡及750 kV變電容量進行校核

電力平衡是表示電力系統在時序上電源容量與負荷需求之間的平衡情況。對“十四五”末環塔里木盆地五地州新能源預測接納容量，利用電力平衡進行分析，校核750 kV變電站的變電容量是否能夠滿足送出要求，計算結果如表5所示。其中，喀什、克州供電區電網相互交錯，作為一個區域統一考慮。

表5 環塔里木盆地五地州電力平衡及750 kV變電容量校核分析

從計算結果可以看出：規劃的新能源投運后，存在一定的電力盈余；通過變電容量平衡分析可知，環塔里木盆地750 kV變電容量完全能夠滿足送出要求。

4 儲能容量配置研究

儲能技術是解決可再生能源發電不連續、不穩定問題的重要手段之一，還能夠增加系統的調峰能力，是推進可再生能源的普及應用、實現“碳達峰、碳中和”的關鍵技術，是國家實現能源安全、經濟可持續發展的重大需求，是構建以新能源為主體的新型電力系統的重要組成部分。由于環塔里木盆地火電和水電裝機分別為8 950 MW和5 480 MW，且環塔里木盆地750 kV電網分別與新疆主電網和青海電網通過4回和2回750 kV線路相聯絡，調峰容量能夠滿足系統要求。在不考慮儲能的條件下，2025年五地州中的和田、喀什、克州、阿克蘇、巴州斷面夏小午谷存在送出受阻風險，受阻容量合計達4 315 MW，計算結果如表6所示。

表6 2025年夏小午谷不考慮儲能系統容量計算結果 MW

根據各地州之間電力受阻情況，對環塔里木盆地五地州配置相應容量的儲能，從而減少地區之間的電力受阻，計算結果如表7所示。在和田最少配置200 MW的儲能系統，喀什、克州最少配置950 MW的儲能系統，阿克蘇最少配置250 MW的儲能系統，巴州最少配置400 MW的儲能系統，則可以保證五地州“十四五”夏小午谷各斷面基本無送出受阻風險。

表7 2025年夏小午谷考慮儲能系統容量計算結果 MW

5 結語

本文從斷面送出極限約束出發，基于電力平衡預測環塔里木盆地五地州新能源接納容量，運用新能源云平臺校核新能源的利用率，通過750 kV變電容量平衡校核網架的承受能力，并考慮配置儲能容量，從而保證新能源開發容量的合理性，助力實現可再生能源高比例消納。經計算，“十四五”期間，環塔里木盆地在配置1 800 MW儲能容量后，可新增光伏6 700 MW、風電1 800 MW，分別占全疆總容量的55.8%和9.5%。本文提出的研究方法能夠為重大戰略區域新能源接納容量估算提供思路。由于新能源出力的隨機波動性，對電網調峰電源有一定的要求，本文尚未對環塔里木盆地的調峰能力進行分析。另外，本文從區域角度預測環塔里木盆地五地州新能源接納容量，沒有分解到區域內的各縣市，后期還需做具體分析。