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一直以來，國家電網有限公司全力服務新能源發展和消納，不斷加強技術創新，新能源消納矛盾持續緩解，新能源利用率不斷提高。2019年，國家電網經營區新能源發電持續快速增長，新能源利用率達到96.8%，青海、甘肅等8個省份新能源發電量占本省用電量的比例超過15%。
風電出力隨風速和風向的變化而變化。根據測風數據，風速在一年中的大部分時間，在接近零到額定風速之間變化，與此相對應，風電出力也在從零到額定出力之間變化。
風電出力呈現明顯的季節特性。不同地區風電年出力的季節特性不同，東北、華北地區風電平均出力呈現冬春季較大、夏秋季較小的特點，西北則呈現冬春季較小、夏秋季較大的特點。
光伏電站日出力主要受天氣影響。在晴朗天氣，光伏電站在白天中午時分出力達到最大，且曲線比較平滑，出力分布較規律；在多云天氣，出力的白天時段分布沒有規律。
受光照強度和溫度影響，光伏電站一般在春季、冬季發電出力較大。從甘肅、青海地區光伏電站的年出力分布來看，平均出力呈現春秋季較大、夏冬季較小的特點。由于用電負荷一般在夏冬季較大，因此，光伏電站對于滿足高峰負荷的貢獻度有所降低。
風電、光伏發電等新能源發電具有隨機性、波動性等特點，新能源并網帶來的振蕩問題已對電力系統安全運行產生顯著影響，未來，高比例新能源接入電網后，將會加劇振蕩問題。大規模新能源接入電網，不僅對電力系統安全穩定運行帶來影響，而且顯著影響電力系統運行經濟性。
新能源并網后大量常規同步發電機組被風電、光伏發電機組替代，導致系統轉動慣量減小、頻率調節能力降低。與常規火電設備相比，新能源設備涉網性能標準偏低，其頻率、電壓耐受能力較差，極易引發脫網問題。
由于新能源資源具有波動性和隨機性，發電設備具有低抗擾性和弱支撐性，因此，新能源的有效消納和安全運行是世界難題。
新能源并網技術及重點突破方向
新能源高精度功率預測技術。由于資源的隨機波動性和不可存儲特性，新能源出力具有隨機性和波動性。我國地形復雜，氣候類型多樣，新能源資源隨機波動性更強、高精度功率預測更難。高比例新能源電力系統將發電跟蹤負荷的單向匹配轉變為供需雙側的雙向動態匹配，新能源發電功率預測是雙向動態匹配的基礎，需研究空間分辨率更高、時間間隔更小、精度適用性更強的新能源發電功率預測技術，支撐電力供應與需求的精準雙向匹配。
新能源主動支撐技術。高比例新能源電力系統中，新能源發電并網技術需要從“被動適應”到“主動支撐和自主運行”轉變。未來高比例新能源接入電網后，將對電力系統形態及運行機制產生深刻影響，需要新能源具備主動支撐控制能力，具備接近或高于同步電源的控制特性，支撐系統的電壓、頻率穩定以及提供備用容量。
電力氣象技術。氣象條件是高比例新能源電力系統最關鍵的外部影響因素，其影響范圍涵蓋“發”（風、光、降水是新能源和水力發電的一次資源）、“輸”（氣象災害對輸變電設備的損壞、氣象條件對輸電能力的影響）、“用”（溫度、濕度、降水等影響負荷行為，風、光影響分布式新能源出力）全環節。國際電力研究機構普遍認為氣象原因是未來影響電網運行的三大關鍵因素之一。為降低電力氣象災害不利影響，需研究電力氣象災害預報預警技術，通過提前應對極端天氣，支撐高比例新能源電力系統安全穩定運行。
儲能技術應用。儲能技術通過裝置或物理介質將能量儲存起來，以便需要時利用。目前，除抽水蓄能外，電化學儲能是發展最快且相對成熟的儲能技術。儲能將在高比例新能源電力系統電力電量平衡中起到重要的靈活調節作用，支撐供需雙側動態匹配，促進新能源有效利用。未來需解決低成本、大容量、長時間、高可靠的能量存儲問題，以及大規模、多類型儲能的協調調控問題。
新能源并網技術成果
中國電力科學研究院聚焦新能源并網與調度運行技術，取得了數值天氣預報系統、新能源功率預測系統、新能源安全穩定控制系統等創新成果。
數值天氣預報系統。應用于新能源功率預測，預報時長72小時，水平網格3千米×3千米，刀片式服務器623個，數據存儲能力2.6PB，運算能力230萬億次/秒。
新能源功率預測系統。在26個省級電力調控中心應用，覆蓋我國約80%的新能源并網容量，預測容量居世界首位，新能源功率預測精度達到90%以上（按月統計）。
新能源監測與調度系統。采用時序遞進的優化調度方法，滾動修正新能源發電功率預測誤差，保障了資源變化及系統運行約束條件下的新能源最大化消納。
新能源安全穩定控制系統。通過使用該系統，“三北”地區5省區（新疆、甘肅、青海、蒙東、河北）共提升新能源送出能力348萬千瓦。
甘肅省位于西北新能源基地群樞紐，新能源裝機占比42.6%。“風電場、光伏電站集群控制系統關鍵技術”由國網甘肅省電力公司牽頭，項目依托甘肅酒泉千萬千萬級風電基地、百萬千瓦級光電基地，攻克了風電場、光伏電站集群控制系統在線監測控制、策略制訂、設計集成和運行管理等關鍵技術。該技術實現了河西走廊800萬千瓦風電場、300萬千瓦光伏電站的集群控制功能，有效提高了電網接納風電、光伏發電能力。
【專訪】
圍繞新能源并網與消納，《亮報》對中國電力科學研究院副總工程師兼新能源研究中心主任王偉勝進行了專訪。
《亮報》：未來，如何能更好地實現新能源消納？
王偉勝：新能源消納涉及電力系統發、輸、配、用多個環節，與發展方式、技術進步、電力體制改革、市場交易機制、政策措施等密切相關，實現新能源高效消納，既要“源—網—荷”技術驅動，也需要政策引導和市場機制配合。
促進新能源消納，需要多措并舉、綜合施策。近期，應加強電網統一調度，充分挖掘系統潛力，優先解決存量、嚴格控制增量，有效緩解棄風棄光；建設完善市場機制，提高系統平衡能力，根本解決新能源消納問題。遠期，應突破前瞻性技術，適應高比例大規模新能源發展需要。
在電源環節，加大技術改造力度，充分挖掘現有電源調節能力；加快調峰電源建設，提高靈活調節電源比例；控制新能源建設節奏，優化電源布局；提高新能源功率預測精度。
在電網環節，加快跨省跨區通道建設，擴大新能源消納市場；加強電網統一調度，發揮大電網綜合平衡能力。
在用戶環節，推進電能替代，增加新能源消納空間；引導用戶參與需方響應，改善負荷特性。
在體制機制方面，著力打破省間壁壘，構建全國電力市場體系，建立有利于新能源消納的市場機制。
來源：中國電力科學研究院、國網能源研究院、國網甘肅省電力公司、《國家電網有限公司服務新能源發展報告2020》等，楊亞迪、屈姬賢、袁偉、黃碧斌、葉小寧、張健美、周強、席家福對本文有貢獻。
風電出力隨風速和風向的變化而變化。根據測風數據，風速在一年中的大部分時間，在接近零到額定風速之間變化，與此相對應，風電出力也在從零到額定出力之間變化。
風電出力呈現明顯的季節特性。不同地區風電年出力的季節特性不同，東北、華北地區風電平均出力呈現冬春季較大、夏秋季較小的特點，西北則呈現冬春季較小、夏秋季較大的特點。
光伏電站日出力主要受天氣影響。在晴朗天氣，光伏電站在白天中午時分出力達到最大，且曲線比較平滑，出力分布較規律；在多云天氣，出力的白天時段分布沒有規律。
受光照強度和溫度影響，光伏電站一般在春季、冬季發電出力較大。從甘肅、青海地區光伏電站的年出力分布來看，平均出力呈現春秋季較大、夏冬季較小的特點。由于用電負荷一般在夏冬季較大，因此，光伏電站對于滿足高峰負荷的貢獻度有所降低。
風電、光伏發電等新能源發電具有隨機性、波動性等特點，新能源并網帶來的振蕩問題已對電力系統安全運行產生顯著影響，未來，高比例新能源接入電網后，將會加劇振蕩問題。大規模新能源接入電網，不僅對電力系統安全穩定運行帶來影響，而且顯著影響電力系統運行經濟性。
新能源并網后大量常規同步發電機組被風電、光伏發電機組替代，導致系統轉動慣量減小、頻率調節能力降低。與常規火電設備相比，新能源設備涉網性能標準偏低，其頻率、電壓耐受能力較差，極易引發脫網問題。
由于新能源資源具有波動性和隨機性，發電設備具有低抗擾性和弱支撐性，因此，新能源的有效消納和安全運行是世界難題。
新能源并網技術及重點突破方向
新能源高精度功率預測技術。由于資源的隨機波動性和不可存儲特性，新能源出力具有隨機性和波動性。我國地形復雜，氣候類型多樣，新能源資源隨機波動性更強、高精度功率預測更難。高比例新能源電力系統將發電跟蹤負荷的單向匹配轉變為供需雙側的雙向動態匹配，新能源發電功率預測是雙向動態匹配的基礎，需研究空間分辨率更高、時間間隔更小、精度適用性更強的新能源發電功率預測技術，支撐電力供應與需求的精準雙向匹配。
新能源主動支撐技術。高比例新能源電力系統中，新能源發電并網技術需要從“被動適應”到“主動支撐和自主運行”轉變。未來高比例新能源接入電網后，將對電力系統形態及運行機制產生深刻影響，需要新能源具備主動支撐控制能力，具備接近或高于同步電源的控制特性，支撐系統的電壓、頻率穩定以及提供備用容量。
電力氣象技術。氣象條件是高比例新能源電力系統最關鍵的外部影響因素，其影響范圍涵蓋“發”（風、光、降水是新能源和水力發電的一次資源）、“輸”（氣象災害對輸變電設備的損壞、氣象條件對輸電能力的影響）、“用”（溫度、濕度、降水等影響負荷行為，風、光影響分布式新能源出力）全環節。國際電力研究機構普遍認為氣象原因是未來影響電網運行的三大關鍵因素之一。為降低電力氣象災害不利影響，需研究電力氣象災害預報預警技術，通過提前應對極端天氣，支撐高比例新能源電力系統安全穩定運行。
儲能技術應用。儲能技術通過裝置或物理介質將能量儲存起來，以便需要時利用。目前，除抽水蓄能外，電化學儲能是發展最快且相對成熟的儲能技術。儲能將在高比例新能源電力系統電力電量平衡中起到重要的靈活調節作用，支撐供需雙側動態匹配，促進新能源有效利用。未來需解決低成本、大容量、長時間、高可靠的能量存儲問題，以及大規模、多類型儲能的協調調控問題。
新能源并網技術成果
中國電力科學研究院聚焦新能源并網與調度運行技術，取得了數值天氣預報系統、新能源功率預測系統、新能源安全穩定控制系統等創新成果。
數值天氣預報系統。應用于新能源功率預測，預報時長72小時，水平網格3千米×3千米，刀片式服務器623個，數據存儲能力2.6PB，運算能力230萬億次/秒。
新能源功率預測系統。在26個省級電力調控中心應用，覆蓋我國約80%的新能源并網容量，預測容量居世界首位，新能源功率預測精度達到90%以上（按月統計）。
新能源監測與調度系統。采用時序遞進的優化調度方法，滾動修正新能源發電功率預測誤差，保障了資源變化及系統運行約束條件下的新能源最大化消納。
新能源安全穩定控制系統。通過使用該系統，“三北”地區5省區（新疆、甘肅、青海、蒙東、河北）共提升新能源送出能力348萬千瓦。
甘肅省位于西北新能源基地群樞紐，新能源裝機占比42.6%。“風電場、光伏電站集群控制系統關鍵技術”由國網甘肅省電力公司牽頭，項目依托甘肅酒泉千萬千萬級風電基地、百萬千瓦級光電基地，攻克了風電場、光伏電站集群控制系統在線監測控制、策略制訂、設計集成和運行管理等關鍵技術。該技術實現了河西走廊800萬千瓦風電場、300萬千瓦光伏電站的集群控制功能，有效提高了電網接納風電、光伏發電能力。
【專訪】
圍繞新能源并網與消納，《亮報》對中國電力科學研究院副總工程師兼新能源研究中心主任王偉勝進行了專訪。
《亮報》：未來，如何能更好地實現新能源消納？
王偉勝：新能源消納涉及電力系統發、輸、配、用多個環節，與發展方式、技術進步、電力體制改革、市場交易機制、政策措施等密切相關，實現新能源高效消納，既要“源—網—荷”技術驅動，也需要政策引導和市場機制配合。
促進新能源消納，需要多措并舉、綜合施策。近期，應加強電網統一調度，充分挖掘系統潛力，優先解決存量、嚴格控制增量，有效緩解棄風棄光；建設完善市場機制，提高系統平衡能力，根本解決新能源消納問題。遠期，應突破前瞻性技術，適應高比例大規模新能源發展需要。
在電源環節，加大技術改造力度，充分挖掘現有電源調節能力；加快調峰電源建設，提高靈活調節電源比例；控制新能源建設節奏，優化電源布局；提高新能源功率預測精度。
在電網環節，加快跨省跨區通道建設，擴大新能源消納市場；加強電網統一調度，發揮大電網綜合平衡能力。
在用戶環節，推進電能替代，增加新能源消納空間；引導用戶參與需方響應，改善負荷特性。
在體制機制方面，著力打破省間壁壘，構建全國電力市場體系，建立有利于新能源消納的市場機制。
來源：中國電力科學研究院、國網能源研究院、國網甘肅省電力公司、《國家電網有限公司服務新能源發展報告2020》等，楊亞迪、屈姬賢、袁偉、黃碧斌、葉小寧、張健美、周強、席家福對本文有貢獻。
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