新疆昌吉供电公司 王怡如 吴海燕

1 引言

大量的二氧化碳气体会在化石能源消纳的过程中排放，这将在一定的程度提升地球表面温度。这一现象是得到科学认可和证实的，因此发展低碳经济，推进低碳环保政策是目前环保形式的必经之路。我国所提出的“双碳”目标对实现全球可持续发展有着建设性的作用，所谓“双碳”目标也就是“2030年前二氧化碳排放达到峰值，2060年实现碳中和”的目标[1]。然而，电力行业作为我国实现“双碳”的核心部分，有责任促使电能进行低碳转型，形成以新能源为标志的新型发电设备。在这种宏观调控的有力举措下，电力行业的发电技术将逐渐趋于成熟化，过高的成本也将随之趋于常态化，这就促使新能源的装机容量大幅度上升。

国际可再生能源署（Irena）在2021年发布的数据中显示，我国电力行业的发展势头十分强劲，已有超3亿kW的风电并网装机容量，发电量已经超过6000亿kWh，在短短的10年时间其发电量增长了4倍有余。到2021年，中国新一代风电并网装机容量以达到4757万kW，成为“十三五”计划以来的第二大发电量，明显展示了风电行业快速发展的势头[2]。

中国已经明确表示，相较于2005年，中国单位GDP二氧化碳排放量到2030年将下降65%以上；非化石能源占一次能源消费的比例将达到25%左右，风能和太阳能的总装机容量将达到12亿kW以上。然而，因风力和光伏发电技术自身特点的限制、新能源设备布局的不协调及反向的电力负荷分布，致使新能源设备在大量介入电力系统的过程中出现电力不足、风电和光伏废弃等现象。长此以往，输出机组将会受到一定的程度的冲击，导致电产能枯竭。因此，进一步开发和挖掘灵活的监管资源迫在眉睫。

2 “双碳”背景下我国新能源发展情况

在面对世界各地的环境污染与资源不足的问题上，新能源的开发已成为世界的焦点话题。若以时代和经济的发展需求为基础，我国的新能源消纳正在以惊人的速度增长。2021年年底，在能源局发布的数据中显示，我国发电装机容量已经达到23亿8000万kW，相较于同期增长比例为7.9%。其中，涵盖太阳能发电装机近3.1亿kW，相较于同期有20.9%的增长比例；风力发电装机近3.3亿kW，相较于同期有16.6%增长比例%[3]。在国家的宏观政策的大力调控下，我国新能源的快速发展已经促使装机容量位居世界首位。然而，在装机容量的快速增长之下，其自身已经成为新能源消纳的组成部分。因此，基于我国能源环境和社会政策的现实境况，才能更好地解决当下的新能源消纳问题。

溯其根本，“双碳”目标就是将社会存在的全部二氧化碳排放总量进行控制和规划，以各领域和各企业共同承担的形式存在。相关统计显示，2021年度化石燃料的碳排放量将一直呈现出上升趋势，上升幅度在4.1%至5.7%，而2022年全球碳排放量预计将会达到364亿吨。事实证明，在建筑、交通、制造等行业中都可利用电能降低碳排放。因此，实现“双碳”目标将是实现全社会目标的根基。

现阶段，新能源的低碳转型是实现“双碳”的有力举措，从根源上控制二氧化碳排放问题。在此等背景之下，我国新能源装机容量大致将在碳峰值和碳中和两个阶段，分别达到1.2×109kW、6×109kW。然而，在新能源接入比例持续增加之下，新能源消纳将是系统需要面对的新问题。新能源的消纳实质上就是瞬时功率平衡问题。新能源所具有的波动性和随机性，促使其需要在灵活调整资源的状态下进行实时匹配和跟踪，而当灵活调整资源欠缺时，就会出现弃风弃光现象。目前，以火电机组进行的灵活改造、电网互联与输电、响应需求等消纳，其能源空间完全不足以支撑新能源的使用速度。在这种状况下，针对于新能源系统的建设完全可能会因消纳问题而陷入发展瓶颈，导致“双碳”目标难以实现。因此，开发和挖掘增量资源，灵活调整资源已迫在眉睫。

新能源消纳水平作为目前共享储能商业模式中，最具发展前景和实用条件的应用场景之一，也是实现“双碳”目标的重要手段。在“双碳”目标的不断推进过程中，新能源消纳压力也将随之提升。共享储能将为新能源消纳提供超具灵活性的资源调整，且市场需求强劲，商业前景良好。新能源消纳情景的标准框架如图1所示。将新能源放于储能市场的交易上，其交易对象便为弃电期间的储能资源使用权，当达到交易的新能源站弃电时，共享储能设施将根据交易结果存储弃电。此外，当设施的电力存储容量完全共享时，设施可以参与电力调度。当电网处于高峰负荷或低产电量时，共享储能设施将以调度指令释放储能；完成废动力的时空转换，实现这部分新能源动力的消纳。

图1 双碳背景下新能源消纳场景

然而，相关部门通过推动新能源消纳领域的方式进行宏观调控和共享储能商业模式时，便以此促进“双碳”目标的实现，但这种方式却缺乏系统的评估标准和方法[4]。因此，将迫切需要构建一套能够综合评估此情景运行情况的评估指标体系，为共享储能项目的建设投资、市场运行规则修订与完善、电力市场的可持续发展、激励与评估机制的监督等提供决策参考。

3 基于数据挖掘的新能源消纳评估模型

本文将通过具体案例详细介绍本发明所提供的技术方案。针对一种新能源最终消纳能力的评估方法，其中包括单站、分区和全网三个步骤。图2为单站新能源极限消纳能力评估流程图；图3为分区及全网新能源最终消纳能力评估流程图。

图2 单站新能源极限消纳能力评估

图3 分区、全网新能源极限消纳能力评估

每个步骤的具体实施应按照以下子步骤进行。

3.1 单站新能源极限消纳能力评估

3.1.1 挖掘数据

收集存储系统中运行模式、稳定极限等数据文件，在BPA典型运行模式下挖掘文件中的数据信息。所需提取的历史数据信息中主要包括：运行模式下可调机组的额定容量、实际出力和分区、业主名称、新能源接入厂站的负荷、分区名称和电压等级，发电厂出线母线名称等。常见的数据文件卡片类型如表1所示。

表1 BPA数据文件常用卡片

3.1.2 模拟接入

模拟新能源接入相当于在系统中连接负载和负有功功率。同时，其连接的无功功率满足恒定功率因数。在具体实施过程中，需要以节点名称、电压等级和分区名称，将数据线定位在数据文件下，以访问工厂和车站，并在原始负载数据下添加新的能源访问电源。

3.1.3 智能调整

在模拟新能源接入后，为了维持系统的有功功率平衡，有必要降低发电厂的出力。发电厂的原始输出和实际输出来自新能源的总接入容量，通过计算后可以得到修正后的输出调整系数。

3.1.4 潮流计算

通过调用系统分析软件psd bpa实现潮流计算，其迭代算法采用牛顿-拉斐逊法[5]。如果当前运行模式计算收敛，可以获得潮流解，并根据相关设备的名称、电压等级和分区从输出结果文件中挖掘相关的潮流信息。

3.1.5 约束校验

这些约束包括除电厂出线外的220kV线路的正常载流量约束、n-1计算期间的事故载流量约束、正常运行期间200kV线路的稳定极限约束，220kV变压器在正常运行期间的功率限制和200kV变压器在正常运行期间的稳定极限限制。如果当前的模拟接入容量满足约束条件，迭代过程将继续。为了提高计算速度，迭代步长采用变步长；如果不满足当前接入容量下的任何约束，则输出迭代过程中的最后一个接入容量，此时的功率为电站的最大接入容量限制。

3.2 分区、全网新能源极限消纳能力评估

分区、全网新能源极限消纳能力步骤1～4同单站新能源极限消纳能力评估。完成以上步骤后进行以下内容：

3.2.1 参数拟合

为了建立新能源极限消纳能力模型并用数值分析方法进行优化，需要根据不同的约束条件建立多项式约束方程，拟合多项式约束函数的方程系数。约束方程包括除电厂出线外220kV线路的正常载流能力约束、n-1计算中事故载流能力约束、200kV线路正常运行时的稳定极限约束，220kV变压器正常运行时的功率约束。拟合算法采用最小二乘法。利用蒙特卡罗方法对训练样本进行采样，得到潮流计算的新能源接入容量。样本数量与接入工厂和站点的数量成正比。

3.2.2 建立模型

分别建立不同区域和整个网络的新能源极限消纳能力模型，目标函数如下：

公式（1）中，Pi为第i个厂站的新能源接入能力，N为新能源接入厂站总数。优化模型中的约束函数如下：

公式（2）中Ai.j，Bi.j，Cj是通过最小二乘法获得的j约束拟合多项式函数的二次项系数、一次项系数和常数项，Yj是第j个约束的边界值，相对于线路，Yj是载流能力或稳定极限的上限。相对于变压器，Yj是额定容量或稳定极限容量的上限，Pi.max代表第i个电站接入容量的上限值。

3.2.3 优化求解

通过调用解算器对非线性规划模型进行优化和求解。如果可以找到当前问题的最优解，则输出结果包括当前新能源接入容量、最佳接入工厂和站点位置以及工厂和站点的最佳接入容量之和。通过以上步骤，可以分别得到单站、分区和整个网络的最终新能源消纳能力的评估结果。分区优化前，应提供单站优化结果作为单站接入容量上限，在整个网络优化之前，应提供每个分区的优化结果，作为接入工厂和站点的初始选择，以及每个站点的接入容量上限。

4 “双碳”背景下新能源消纳绿色管理措施

4.1 新能源广泛普及

国家和地方政府应大力宣传新能源电力在人民生活和经济发展方面所起到的保障作用，鼓励群众和企业以电代替燃油、煤炭等不可再生的污染能源，降低煤炭和燃油因排放而造成的污染，同时也改善因经济发展造成的环境污染，解决近期新能源消纳中存在的问题。

4.2 以提高新能源消纳能力为核心目标

通信压力、新能源预测和负荷时差是系统全局优化所需考虑的对象，从空间尺度和时间尺度两个维度开展新能源的能量管理策略。空间尺度是指通过上下层区域的层次优化模型，而时间尺度上则是对于日前调度和日内调度两个阶段的高效分配。这种在时间尺度和空间尺度的统筹配合下，实现了高效运行。

4.3 针对新能源进行调度管理

新能源在调度方面所呈现出的效果具有很强的显著性，以改变早期计量方式和应用智能化的信息的形式进行调度，能够在一定程度上提升新能源系统的储备容量。我国各省市及相关机构针对新能源消纳技术的管理发布了一系列的政策法规，并对其提出了明确的指示和要求。但在新能源消纳和开发过程中，仍需不断提高相应的实际运行能力，确保获得新能源后系统运行的有效性。

4.4 提高新能源发电接入容量

在用户和企业吸收新能源的过程中，通过调整影响系统稳定性和电能质量的因素，提高分散发电的最大可接受接入水平，在原有布线结构的基础上，通过计算流量和短路，提高了分布式光伏阵列的最大接入容量。通过对旧的新能源运营模式的研究和改造，可以满足现代企业和国家发展对储能、智能电网建设和自动化配置的需求，通过提高新能源的接入能力实现更大规模的发展。

5 结语

综上所述，新能源消纳面临新的机遇，其开发的力度也在逐渐加强，而机遇与挑战也将并行。本文针对新能源在调度方面的合理规划方法、消纳的适应性测量方法、建立充分考虑新能源优化的模型及相关管理策略研究进行了深入的研究，为了实现企业的稳定发展和人民的生活需要，有越来越多的能源需求来支持发展。传统的能源使用大多存在不可回收和污染的问题，这对新能源的发展尤为重要。由于我国配电方式的改革，新能源的合理高效开发和消纳需要依靠科学绿色的管理手段来实现。