隨著光伏的大量接入，電力系統(tǒng)爬坡需求快速增加，東北等部分省區(qū)爬坡能力不足風(fēng)險(xiǎn)已初步顯現(xiàn)。尤其是春秋季小負(fù)荷期間、抽水蓄能大規(guī)模投運(yùn)前的系統(tǒng)爬坡缺口問題需要重點(diǎn)關(guān)注。從困難時(shí)段看，下午至傍晚光伏出力下降與負(fù)荷增長(zhǎng)形成“剪刀差”導(dǎo)致爬坡需求大幅增加。從季節(jié)特性看，春秋小負(fù)荷期間煤電機(jī)組以小開機(jī)方式開機(jī)，能夠釋放的爬坡能力有限，而這一時(shí)期爬坡需求較大，兩者存在季節(jié)上的錯(cuò)位。從關(guān)鍵年份看，根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)劃，抽水蓄能建成投產(chǎn)時(shí)間將主要集中在2027年之后，在此之前投產(chǎn)規(guī)模有限，難以發(fā)揮其調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
針對(duì)光伏大規(guī)模發(fā)展背景下電力系統(tǒng)出現(xiàn)的爬坡不足問題，本文開展系統(tǒng)爬坡分析方法和爬坡供需態(tài)勢(shì)分析研究，并提出提升系統(tǒng)爬坡能力的相關(guān)建議，以及對(duì)加強(qiáng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè)的建議。
電力系統(tǒng)爬坡問題分析方法
爬坡速率和里程是表征瞬時(shí)和持續(xù)爬坡需求及能力的核心指標(biāo)。爬坡是指為應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電波動(dòng)等不確定因素帶來的系統(tǒng)凈負(fù)荷短時(shí)大幅變化，具備較強(qiáng)負(fù)荷調(diào)節(jié)速率的并網(wǎng)主體根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整出力，以維持系統(tǒng)功率平衡所提供的服務(wù)，可分為上、下爬坡兩類。上爬坡需求難以滿足時(shí)可能引發(fā)切負(fù)荷或頻率越限等問題，下爬坡需求難以滿足時(shí)可能導(dǎo)致棄風(fēng)棄光。本文針對(duì)系統(tǒng)瞬時(shí)和持續(xù)爬坡問題分別從爬坡速率和爬坡里程兩方面開展分析，其中爬坡速率需求是指凈負(fù)荷每分鐘變化的最大值，爬坡里程需求則是指凈負(fù)荷日內(nèi)最大連續(xù)上升/下降值。
系統(tǒng)爬坡能力需基于各類型爬坡資源技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性開展分析。從爬坡速率和里程等調(diào)節(jié)性能看，電化學(xué)儲(chǔ)能和抽水蓄能普遍優(yōu)于煤電、氣電等火電電源，可調(diào)節(jié)水電枯水期的調(diào)節(jié)能力優(yōu)于豐水期;從調(diào)節(jié)成本看，煤電基本調(diào)峰和常規(guī)水電調(diào)節(jié)成本較低，氣電調(diào)峰次之，抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能的成本取決于抽發(fā)電價(jià)差與轉(zhuǎn)換效率，煤電深度調(diào)峰成本較高。
各區(qū)域爬坡供需態(tài)勢(shì)分析
各區(qū)域理論最大爬坡能力均可滿足其爬坡需求，東北區(qū)域爬坡充裕度相對(duì)較小。華北區(qū)域爬坡速率需求為74萬千瓦/分鐘，爬坡里程需求約為1.04億千瓦，僅依靠煤電即可滿足爬坡速率和里程需求。分省(市、區(qū))來看，河北、山西等省份僅依靠煤電能滿足爬坡里程需求，其余各省份均需其他調(diào)節(jié)資源配合。華東區(qū)域爬坡速率需求為70萬千瓦/分鐘，爬坡里程需求為1.25億千瓦，僅依靠煤電即可滿足爬坡速率需求，但無法滿足爬坡里程需求，需其他資源配合。分省來看，上海、江蘇、浙江等省(市)僅依靠煤電難以滿足爬坡里程需求，爬坡充裕度相對(duì)較小。華中區(qū)域爬坡速率需求為51萬千瓦/分鐘，爬坡里程需求約為8164萬千瓦，僅依靠煤電即可滿足爬坡速率需求，與水電配合后，可滿足爬坡里程需求。分省(市、區(qū))來看，河南爬坡充裕度相對(duì)較小。東北區(qū)域爬坡速率需求為26萬千瓦/分鐘，爬坡里程需求為3458萬千瓦，從區(qū)域?qū)用婵?，東北依靠煤電可滿足爬坡速率和里程需求。但分省(市、區(qū))來看，各省僅依靠煤電均難以滿足爬坡里程需求。其中蒙東即便考慮水電、儲(chǔ)能等資源，依然存在130萬千瓦的爬坡里程缺口。西北區(qū)域爬坡速率需求為70萬千瓦/分鐘，爬坡里程需求約為8589萬千瓦，僅依靠煤電即可滿足爬坡速率和里程需求。分省(市、區(qū))來看，甘肅、青海、寧夏等省(區(qū))僅依靠煤電難以滿足爬坡里程需求，需要其他調(diào)節(jié)資源配合。西南區(qū)域爬坡速率需求為21萬千瓦/分鐘，爬坡里程需求為3138萬千瓦，僅依靠水電即可滿足爬坡速率和里程需求。分省(市、區(qū))來看，重慶僅依靠水電難以滿足爬坡里程需求，爬坡充裕度相對(duì)較小。
但從實(shí)際運(yùn)行情況看，理論最大爬坡能力與實(shí)際爬坡能力差距較大，各類型爬坡資源均存在受阻因素。2024年10月，東北區(qū)域風(fēng)光同時(shí)快降，疊加負(fù)荷增長(zhǎng)，使得東北區(qū)域上爬坡需求大幅增加。期間，東北區(qū)域火電、水電、儲(chǔ)能開機(jī)容量分別為5150萬、840萬、60萬千瓦，理論連續(xù)爬坡能力足以滿足爬坡需求。但由于火電機(jī)組在深調(diào)狀態(tài)下爬坡能力嚴(yán)重受限、水電/抽蓄/儲(chǔ)能快速全開滿發(fā)后無持續(xù)爬坡能力，導(dǎo)致實(shí)際爬坡能力不足引發(fā)東北電網(wǎng)頻率持續(xù)偏低。綜合分析，東北區(qū)域各類型爬坡資源存在如下受阻因素：
煤電方面，一是煤質(zhì)不達(dá)標(biāo)。低熱值煤種或含硫量超標(biāo)燃料與機(jī)組設(shè)計(jì)值存在偏差，導(dǎo)致燃燒效率下降，影響煤電機(jī)組調(diào)節(jié)速率。二是輔助設(shè)備故障：磨煤機(jī)、鼓引風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備故障，影響煤粉的充分燃燒，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組爬坡能力降低。三是深調(diào)運(yùn)行。煤電機(jī)組運(yùn)行處于深調(diào)狀態(tài)時(shí)，鍋爐蒸汽壓力、爐膛溫度等參數(shù)偏低，調(diào)節(jié)速率僅為理論值的60%~70%，部分機(jī)組爬坡能力僅為理論值的三成。四是高負(fù)荷率運(yùn)行。部分機(jī)組受檢修方式安排影響停運(yùn)，在運(yùn)機(jī)組負(fù)荷率高，調(diào)節(jié)空間小，連續(xù)爬坡能力弱。
水電方面，一是單站逐臺(tái)開機(jī)時(shí)間限制。常規(guī)水電調(diào)節(jié)速率較快，但考慮單站逐臺(tái)開機(jī)的時(shí)間限制(約2~7分鐘/臺(tái))，機(jī)組啟停時(shí)間是影響常規(guī)水電爬坡能力的主要因素之一。二是來水影響。在枯水期，水頭較低，到達(dá)死水位后無法開機(jī)，機(jī)組調(diào)節(jié)能力受限;在豐水期，受水庫汛期泄流、防洪調(diào)度要求，水電機(jī)組均需滿發(fā)運(yùn)行，期間基本無調(diào)節(jié)能力。三是功能定位制約。部分水電主要功能定位為滿足城市用水、灌溉等需求，其出力計(jì)劃固定，調(diào)節(jié)能力較弱。四是小水電設(shè)備條件制約。受機(jī)組本身設(shè)備老化、技術(shù)條件等因素制約，部分10萬千瓦以下的小水電調(diào)節(jié)能力較差。
抽水蓄能方面，一是開機(jī)時(shí)間限制。與常規(guī)水電類似，抽水工況因靜止變頻器設(shè)備數(shù)量及設(shè)計(jì)工況限制，只具備逐臺(tái)拖動(dòng)抽水條件，單臺(tái)機(jī)組從備用到發(fā)電需要6~8分鐘。二是運(yùn)行狀態(tài)切換時(shí)間限制。抽蓄機(jī)組在工況轉(zhuǎn)換期間需經(jīng)歷換相刀閘調(diào)整、變頻器啟動(dòng)等啟機(jī)流程，每次狀態(tài)切換需3~5分鐘，影響機(jī)組實(shí)際調(diào)節(jié)能力。三是低負(fù)荷運(yùn)行。抽水蓄能機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)處于振動(dòng)區(qū)，對(duì)機(jī)組損害較大，為保障機(jī)組安全，單臺(tái)35萬千瓦抽蓄機(jī)組，一般只能運(yùn)行在25萬~35萬千瓦區(qū)間，調(diào)節(jié)能力有限。
新型儲(chǔ)能方面，東北區(qū)域網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能較少，且價(jià)格機(jī)制尚不完善，經(jīng)濟(jì)效益不好，較少進(jìn)行調(diào)度。源側(cè)儲(chǔ)能服務(wù)新能源基地且分布較為分散，調(diào)度難度較大。目前東北地區(qū)新型儲(chǔ)能發(fā)揮作用較為有限，隨著獨(dú)立儲(chǔ)能規(guī)模增加和市場(chǎng)機(jī)制逐步完善，預(yù)計(jì)未來新型儲(chǔ)能可以發(fā)揮較好的爬坡作用。
網(wǎng)架約束方面，電磁環(huán)網(wǎng)制約和局部電網(wǎng)送出能力不足是制約各類型資源爬坡能力的共性受阻因素。吉林西部和蒙東中部地區(qū)存在網(wǎng)架受阻相對(duì)嚴(yán)重的斷面，使得各類型電源調(diào)節(jié)能力難以在全網(wǎng)發(fā)揮作用。
提升系統(tǒng)爬坡能力的相關(guān)建議
加強(qiáng)系統(tǒng)爬坡能力建設(shè)
常規(guī)資源建設(shè)方面，持續(xù)推動(dòng)煤電靈活性改造，加強(qiáng)煤電機(jī)組深調(diào)運(yùn)行時(shí)的安全性;在爬坡能力不足區(qū)域重點(diǎn)布局調(diào)峰氣電，提升系統(tǒng)快速啟停和爬坡能力;持續(xù)優(yōu)化水庫運(yùn)用策略，提升多流域水能優(yōu)化利用水平;推動(dòng)獨(dú)立儲(chǔ)能和服務(wù)系統(tǒng)需求的抽水蓄能電站規(guī)劃建設(shè)，提升網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)能力。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方面，強(qiáng)化省間互濟(jì)能力，提升局部電網(wǎng)送出能力和資源優(yōu)化配置水平，為各類型資源爬坡能力在全網(wǎng)發(fā)揮作用創(chuàng)造條件。
新型主體挖潛方面，鼓勵(lì)虛擬電廠聚合分布式光伏、分散式風(fēng)電、新型儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等資源，支持具備條件的工業(yè)園區(qū)等開展智能微電網(wǎng)建設(shè)，為電力系統(tǒng)提供靈活調(diào)節(jié)能力;引導(dǎo)新型主體公平承擔(dān)電網(wǎng)平衡及安全義務(wù)，發(fā)揮新型主體調(diào)節(jié)能力。
優(yōu)化系統(tǒng)爬坡資源管理
調(diào)度運(yùn)行管理方面，加強(qiáng)火電性能管理，常態(tài)化開展火電機(jī)組爬坡性能測(cè)試，并對(duì)不達(dá)標(biāo)者進(jìn)行嚴(yán)肅考核和通報(bào);完善系統(tǒng)爬坡能力監(jiān)視校核機(jī)制，建立調(diào)節(jié)資源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，量化評(píng)估各類資源的爬坡速率、爬坡里程等調(diào)節(jié)能力指標(biāo)，優(yōu)化調(diào)節(jié)資源調(diào)用;建立系統(tǒng)爬坡能力不足應(yīng)急處置規(guī)范，并常態(tài)化開展專項(xiàng)應(yīng)急演練。
市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制方面，建立健全輔助服務(wù)市場(chǎng)體系，鼓勵(lì)各地區(qū)因地制宜設(shè)置備用、爬坡、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等輔助服務(wù)品種，建立以調(diào)節(jié)效果為導(dǎo)向的市場(chǎng)機(jī)制;推動(dòng)國(guó)家市場(chǎng)與省(區(qū)、市)/區(qū)域市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)行，中長(zhǎng)期交易、現(xiàn)貨和輔助服務(wù)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高效銜接，全面提升調(diào)節(jié)資源的市場(chǎng)化配置成效;加強(qiáng)調(diào)節(jié)困難時(shí)段分時(shí)電價(jià)價(jià)差，引導(dǎo)用電企業(yè)抑制晚高峰用電需求，降低調(diào)節(jié)需求。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2025年7期，作者：孫廣增單位：國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司
評(píng)論