周强，汪宁渤，何世恩，马彦宏，王小勇，沈荟云

（1.甘肃省电力公司风电技术中心，甘肃兰州 730050；2.甘肃省风电并网工程技术中心，甘肃兰州 730050；3.甘肃省电力公司信息通信公司，甘肃兰州 730050）

在国家大力推进新能源战略的背景下，甘肃省凭借丰富的风光资源和极具优势的开发环境，获批建设我国第一个千万千瓦风电示范基地，在新能源开发方面走在了全国的前列。

继风电之后，甘肃的太阳能发电也将迎来一个快速发展的阶段。据规划，到2015年甘肃太阳能装机将达553.6万kW，而届时风电装机规模为1598万kW，如此规模的两种间歇性电源集中并网，甘肃电网面临的挑战巨大，压力前所未有。

基于此背景，本论文开展甘肃省大规模太阳能发电对甘肃电网的影响研究，探究电网企业的应对措施，为促进甘肃省大规模光电的并网提供建设性意见。

1 我国光电产业发展现状分析

1.1 太阳能装机容量

近年来，我国太阳能发电快速发展，据中国电力企业联合会信息，截至2012年底全国太阳能发电并网容量328万kW，同比增长47.8%。2005—2012年全国光电并网容量及发电量见图1。

1.2 我国太阳能发电政策

自2006年《可再生能源法》颁布实施[1]以来，针对光伏电力市场应用补贴主要有两大类：上网电价和初始投资补贴，可用图2表示。

图1 2005-2012年全国光电并网容量及发电量（数据来源：国家可再生能源中心）Fig.1 National photoelectric integration and generating capacity in 2005-2012（Date Resource:National renewable energy centre）

图2 我国光伏发电补贴示意图Fig.2 Schematic of PV power subsidies in China

2 甘肃省太阳能发电现状及规划

2.1 光电发展现状

截至2013年12月底共并网光伏电站93座，总容量达到433万kW，同比增长908%，装机容量居全国各省区第一。2012年全省光伏电站日照小时数为4077 h，同比多58 h，年累辐照强度4814 W/m2，同比多60 W/m2[2-3]。全网光伏电站完成发电量3.1亿kW·h，同比增加398%，其中6-8月日照强度大、时间长，发电量比较大。

2.2 光电发展规划

甘肃省有着丰富的太阳能资源，河西地区日照时间长、强度高，并且有着大面积未利用的戈壁，具有开发建设大型太阳能基地的良好条件。据甘肃省发改委的规划，未来几年甘肃太阳能发电将迎来一个快速发展阶段，具体如图3所示。

图3 甘肃省太阳能规划装机容量Fig.3 The planned solar power capacity in Gansu

3 太阳能发电的性能分析

选取2012年酒泉气象数据分析20万kW光伏电站1月和6月典型的晴阴天的出力曲线如图4、5所示。连续一周以及连续一个月的出力曲线如图6、7所示。

从图4、图5中可以看出晴朗天气光伏电站出力形状类似正弦半波，非常光滑，1月份出力时间集中在8点到17点之间，6月份的出力时间集中在6点到19点之间，中午时分达到最大，而阴天由于受到云层遮挡，辐照度较小，导致光伏电站出力较小并有波动。

全年光伏电站出力及概率统计曲线，如图8所示。

由图9可知，由于夜间光伏电站出力一直为零，因此统计结果中小于10%峰值输出的占很大比率。在不考虑夜间出力时光伏电站出力的统计结果，从图中可以看出光伏电站10%峰值出力以下的概率在10%以上，而10% ～50%峰值出力都在5%以上，可见光伏电站的出力范围较广。

图4 1月典型晴天、阴天的光伏出力曲线Fig.4 PV output curve of typical sunny，cloudy days in January

图5 6月典型晴天、阴天的光伏出力曲线Fig.5 PV output curve of typical sunny，cloudy days in June

图6 光伏电站周出力曲线Fig.6 W eekly PV power plant output curve

图7 光伏电站月出力曲线Fig.7 M onthly PV power plant output curves

图8 光伏电站全年出力曲线Fig.8 Annual output curve PV power plantl

图9 考虑夜间零出力的光伏电站出力的概率统计Fig.9 Probability statistics considering the zero output of the photovoltaic power plant at night

4 光电集中并网对电网企业影响分析

4.1 调峰问题更加突出

电网的调峰能力受水电来水情况、负荷大小、采暖期等诸多因素的影响，相差较大。按黄河梯级来水枯水年份计算，2013年甘肃电网调峰能力盈余86万kW ～367万kW，平均239万kW；2015年为97万kW ～469万kW，平均290万kW；2020年为217万kW ～709万kW，平均492万kW。甘肃电网枯水年、平水年调峰容量对比如图10、11所示。从各月的调峰能力来看，调峰能力较低的月份主要集中在1 ～3月份，此期间电网负荷水平较低，又处于黄河防凌期和采暖期，水电、火电调峰能力差，电网调峰裕度小。

图10 2013、2014及2015年甘肃电网枯水年调峰容量对比图Fig.10 Comparison of the dry year peaking regulation capacities in Gansu in 2013，2014 and 2015

4.2 电网的运行控制面临挑战

由于太阳能发电的不确定性，使大电网短期负荷预测准确性降低，增加了传统发电和运行计划的难度，断面交换功率的控制难度加大。光伏发电系统接入公共电网，使大电网中电源点增加了很多，电源点分散，单点规模小，显著增加了电源协调控制的困难，常规的无功调度及电压控制策略难以适应，将可能在电网调峰、安全备用、电压稳定和频率安全稳定等方面带来一定影响，增加了大电网运行控制的难度[3-5]。因此，光伏发电大规模接入公共电网后，原有常规电源对大电网运行的调整与控制能力被削弱，给大电网安全稳定运行控制带来新问题。光伏发电设备种类繁多、运行模式多样、可控程度不同，电源的协调控制问题非常复杂。随着太阳能发电规模的提高，逆变器可能产生的谐波也会使配电系统的谐波水平上升。光伏发电系统可能引起铁磁谐振。

4.3 电网系统稳定风险加剧

据规划，到2015年甘肃河西地区将有1598万kW的风电和553.6万kW的光电集中并入河西电网。如图12所示。河西电网为典型的长链式电网结构，线路长、无大的电源点支撑、短路容量低、网架薄弱，这种超大规模间歇性电源在同一薄弱电网并网并远离负荷中心的案例在国内外都是首次，电网面临的系统稳定风险巨大。

4.4 电网企业经营压力增大

2015年规划的553.6万kW的光电项目主要分布在酒泉地区，其中敦煌地区为主，根据并网方案，敦煌地区的光电主要通过沙洲750 kV变上网，其他地区的的光伏项目在当地电网上网，具体如图13所示。

沙洲750 kV变电站是酒泉敦煌地区的光电上网的主力站点，是新疆与西北电网联网第二通道750 kV输变电工程的重要组成部分[6-7]，设计变电容量为210万kV·A，总投资达116467万元。为了配合酒泉敦煌地区的光电上网，电网企业要投入相应资金建设光伏汇集站送电线路工程，这些工程的建设使电网企业经营压力增大。

图12 2015年甘肃电网大规模间歇性能源接入图Fig.12 Chart of massive new energy interm ittent access to Gansu power grid in 2015

图13 甘肃太阳能发电项目并网图Fig.13 Integration of solar power p lants to the power grid in Gansu

4.5 外送受限影响企业形象

2020年前甘肃电网用于电力外送的主通道有3条（含规划的），分别为：河西750 kV输送通道；酒泉-湖南±800 kV特高压直流输送通道和陇东-新余±800 kV特高压直流输送通道。其中陇东-新余±800 kV特高压直流输送通道主要用于送出陇东能有基地的火电，能用于输送酒泉风电、光电的通道为河西750 kV输送通道和酒泉-湖南±800 kV特高压直流输送通道，其中700万kW输送能力的河西750 kV交流通道要留一半给“疆电外送”，因此在2015年甘肃的外送通道能力为700万kW、2020年为1200万kW左右。2015年、2020年甘肃富裕电力外送能力如图14所示。

2015年至2020年甘肃风电、太阳能等新能源的大规模并网，受新能源发电特性限制，必将大大影响甘肃火电电源的年利用小时数，火电企业的经济效益受损严重，同时由于大量电量富裕，新能源的消纳问题将会更加凸显；在全社会和国家主管部门都在关注新能源发展的大背景下，届时电网将背负沉重的社会舆论压力。

根据国家电网公公司总体规划，甘肃酒泉风电送电方向为湖南，但今年以来湖南当地由于水电大发，已缓解了前几年出现的“电荒”现象，因此对于“甘电入湘”的态度已没有以前积极。再加上国家主管部门对于建设甘肃酒泉-湖南衡阳±800 kV特高压直流输送通道的态度不明朗，工程一直处于待审批状态，所以能否按预期规划在2015年建成投运难度很大，这些都为甘电外送的前景蒙上了阴影。

可以预知，到2015年甘肃将出现大量的电力富裕，而送出能力有限，将会频现“弃风”、“弃光”现象，在国家和全社会提倡“绿色发展”、节能减排和环境友好的可持续性发展的大背景下，电网企业将肩负巨大的社会压力，企业的形象将受到极大影响。

5 电网企业的应对措施研究

继风电之后，甘肃太阳能发电将迎来快速发展阶段，大规模光电并网后最核心、最棘手的问题还是消纳。在2015年风电规划1598万kW的背景下，制定应对光电的相应措施不可能隔离开风电而单独谈光电，应该两者一起全局思考，统筹考虑，这样才具有科学性和实用性，也才能真正解决问题。据此，该文提出以下措施：

1）积极争取政策支持，加快建设风光友好型智能中枢送端电网。智能电网是保障能源安全的基础平台，是实现低价值能源向高价值能源大规模高效灵活转换的高效载体，是化解我国大规模新能源发展难题的有效途径。电网建设是甘肃千万千瓦风电基地、百万千瓦光电基地的建设的关键因素，没有强大的电网作支撑，甘肃风、光电就无法实现大范围消纳。目前，甘肃电网的抗风险能力还不强，与坚强电网的要求还有一定的差距。在当前国家高层领导人高度关注我国光伏危机、多次批示做好光伏并网工作的背景下，可以积极争取政策支持，加快建设以750 kV电网为骨干网架、特高压直流新能源送出为重要支撑、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制等技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、满足千万千瓦风电基地、百万千万光电基地开发及送出的要求的国家坚强智能电网的有机组成部分。接纳大规模风电的坚强智能电网框架如图15所示。

2）积极呼吁政府批准特高压线路规划，加快直流外送通道建设。虽然酒泉到湖南衡阳的±800 kV特高压输电线路的规划早已完成，但依然处于待审批阶段，使得大规模远距离输电能力建设严重滞后，由于甘肃省内消纳能力有限，同时又缺乏外送通道，致使酒泉风电基地弃风现象严重，几乎所有的风电场都处于限负荷发电状态，造成了一定的资源浪费，也让省公司面临极大的社会舆论压力。到2015年将建成投运1598万kW的风电和553.6万kW的光电，届时风电、光电的消纳问题会更加凸显，所以早日开建酒泉-湖南衡阳±800 kV特高压直流输电通道是解决酒泉风电“窝电”促进酒泉新能源基地健康可持续性发展的根本途径。

3）利用兰州新区的区位优势，争取国家新能源政策扶持。2012年8月兰州新区获批国家级新区，这是国家深入实施西部大开发战略，特别是对西开放的一个重大的举措。兰州新区有四大战略定位：一是西部重要的增长极；二是国家重要的产业基地；三是对外开放的战略平台；四是承接产业转移的示范区。按照兰州新区总体规划要求，远期目标GDP将达到2700亿元左右。

图15 接纳大规模风电的坚强甘肃智能电网框架图Fig.15 Frameworks of a strong and smart Gansu Power Grid w ith integration of large-scale w ind power

我国自2006年实践“建设大基地、融入电网”的新能源政策以来，甘肃新能源发展遇到的问题我国其他省份也同样遇到，到今天这样一个发展瓶颈期和矛盾集中爆发期，甘肃的问题具有典型性，这些问题关乎我国新能源政策的成败，已经到了不得不正视、不得不解决的阶段，因此在当前兰州新区获批国家级新区、在国家向新区密集出台扶持政策的时期的有利环境下，可以向省委省政府建言，倡议将甘肃争取为我国新能源消纳的试点省份，为我国大规模新能源健康有序发展探路。

4）利用酒泉能源多样性，将多种能源打捆外送。甘肃省能源资源丰富，具备建设包括风光水火电等多种能源在内的复合型送端能源基地的条件，这种极为难得的能源资源的多元化禀赋，为甘肃电网建设坚强的送端中枢电网提供了有力的基础性支撑。可以充分利用不同电力能源的互补性，采用将风光水火电等多种能源联合打捆外送的模式消纳多余大力。这种方式既可以平抑风电和光电的间歇性波动对外送的安全性影响，也可以优化外送潮流提高外送通道的利用率，增加外送电力在受端省份的经济性和竞争力，这是一种解决酒泉新能源消纳极为有效的途径。

外送的通道包括两部分：“物理硬通道”和“政策软通道”，具体可以用图16表示。

5）以863项目为支撑，攻克大规模新能源并网及控制难题。以甘肃公司承担的国家863项目《风电场、光伏电站集群控制系统研究与开发》为支撑，建设大规模新能源集群控制示范工程，建成后可以实现对酒泉新能源基地内所有风电场和光伏电站的一体化控制，系统对外响应上级调度中心的调控指令，配合大电网完成风光水火的协调调度和紧急控制；对内协调控制各风电场、光伏电站及无功补偿设备等，完成集群内部的优化运行，实现正常、故障工况下的网源协调和互动，实现酒泉大规模新能源基地的可测、可控和可调。

图16 酒泉新能源打捆外送的通道需求Fig.16 The channel requirement for bundled-up power sending-out for Jiuquan new energy base

酒泉大规模集群控制系统应用效果图见图17。酒泉大规模集群控制系统建成后，大规模新能源基地对电网而言就是一个大电源，和普通电源没有什么区别，相当于一个黑匣子，调控中心可以向调控其他电源一样控制新能源基地，同时也会将相关运行参数反馈给调控中心，实现信息交互；对内实现优化控制。

图17 酒泉大规模集群控制系统应用效果图Fig.17 Draw ing of application of large cluster control system in Jiuquan

6）密切关注国网国际化进程，开展跨国电力外送前瞻性研究。近年来，国家电网公司加快推进国际化进程，积极参与全球能源资源配置，先后收购多个国家的电网运营权，成绩斐然。甘肃省具有重要的地缘战略优势，甘肃酒泉据有很好的区位优势，是连接中亚、西亚的战略通道，因此在国网公司推进国际化的背景下，甘肃可以积极参与进去，开展酒泉电力跨国跨洲外送的前瞻性和可行性研究，为酒泉新能源基地的可持续发展寻找另一条可能的途径。具体如图18所示。

7）以承接产业转移为契机，积极消纳新能源电力。随着国家经济结构调整，东部沿海省份产业结构调整升级，高耗能产业将由东部向西部逐步转移，甘肃地域广阔，矿产资源丰富，电价相对较低，环保空间大，预计将有一大批高耗能负荷落户甘肃，形成新的负荷增长点。此外刚获批成为第五个国家级新区的兰州新区，其四大战略定位之一就是承接产业转移的示范区。

2013年初国家能源局就全国风电消纳下发文件指出，要求甘肃省加强风电与高载能负荷的协调运行以解决风电并网，支持甘肃在当地消纳风电的做法。因此，建议省政府将甘肃省争取为新能源电力就地消纳的试点省份，建议国家出台新能源就地消纳补贴政策，每度电补贴1.5 ～2.5分钱，以此为政策利好积极承接产业转移，利用高载能产业消纳新能源电力电量。

8）加大对外宣传力度，努力营造良好的舆论环境。随着甘肃新能源并网容量的不断增加，甘肃电网已成为国内接纳新能源电力最多的省级电网之一。由于酒泉风电基地是我国批准建设的第一个千万千瓦级示范基地，自开工建设以来，一直吸引着包括政府高层在内的国内外广泛的注意力，这些关注有力地推动了甘肃新能源的发展，也让甘肃矗立于国内新能源发展的潮头，酒泉这个曾经的西部历史重镇由于新能源而重新焕发出勃勃生机。但由于甘肃经济水平和河西电网的客观现实，再加上酒泉新能源发展的超常规发展，虽然所有的具有并网条件的新能源装机都已并网，但由于甘肃全省的负荷水平和外送通道有限，存在着一定程度的弃风限电现象。随着今后风电、光电装机容量的不断攀升，弃风弃光现象将继续存在，这将使电网企业背负巨大的社会舆论压力，对企业的社会形象造成一定的不利影响，面临着前所未有的挑战。

在这种新的形势下，建议电网企业积极应对，抽调高素质、专业化的公关团队，加强专业化培训，开展多种渠道的对外沟通，及时向全社会发布电网建设和新能源并网的相关信息，建立信息发布的长效机制，将企业所面临的现实困境对外发布，努力化解舆情压力，为企业的健康发展创造良好的舆论环境。

6 结语

本文基于甘肃光电当前发展现状及未来规划，选取实际生产数据，从光电典型日、周和典型月及年出力曲线，分析了光电的大规模发展对电网企业生产运营管理所造成的挑战，得出光电的大规模并网使得：调峰问题更加突出；电网的运行控制面临挑战；系统稳定风险加剧；电网企业经营压力增大；外送受限“弃风”、“弃光”使得企业形象受损，基于此，文章在综合当前和未来甘肃风、光电发展的基础上，统筹考虑现实条件提出了八条应对措施和建议，以供参考。

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