新能源发电的四大瓶颈和解决方案

本文来自微信公众号：Engineering（ID：engineering2015），作者：刘吉臻等，原文标题：《中国高比例新能源电力消纳的瓶颈与对策丨Engineering》，头图来自：视觉中国

中国已成为世界上最大的能源生产国和消费国，风电和太阳能装机容量均位居世界第一。然而，中国日益严重的弃风弃光问题严重阻碍了可再生能源的开发利用。

针对可再生能源消费中存在的问题，华北电力大学的刘吉臻院士团队分析了制约可再生能源发电容量的4个关键性因素：功率平衡、功率调节性能、输电容量和负荷水平。

针对这些瓶颈，他们提出了7个解决方案：可再生能源集中分布式发展、提高火电调峰灵活性、提高燃气轮机和抽水蓄能比重、建设输电渠道和柔性智能电网、发展需求响应和虚拟电厂、采用新能源主动支撑和储能技术、建立适当的政策和市场机制。

地球上化石燃料消耗、环境污染、气候变化等问题日益突出，清洁高效地利用传统能源、开发利用新能源、提高电力系统灵活性、发展智能电力系统，已成为大多数国家达成共识的应对策略。

中国的电力工业发展规模居世界首位，2018年，装机容量达到1.9×10⁹ kW，发电总量达到7×10¹² kW·h。数据显示，2018—2019年，中国非化石燃料（以下简称非化石）能源装机容量比例增加了1%，发电量下降了1.6%，这主要是因为火力发电厂数量高于非化石燃料发电厂数量。

在中国，两种主要的可再生能源是风能和太阳能。中国的风能、太阳能发电发展居世界首位。截至2018年年底，风力发电和太阳能发电装机容量分别为1.84 ×10⁸ kW和1.74×10⁸ kW，占总装机容量的9.7%和9.2%。风能、太阳能发电量分别为3.658×10¹¹ kW·h和1.769×10¹¹ kW·h，占总发电量的5.2%和2.5%。从2005年到2018年，中国风电和太阳能装机容量分别增长了15倍和1740倍，表明中国可再生能源的开发建设已上升到一个新的水平。

近年来，我国分布式可再生能源发展迅速，特别是分布式太阳能发电。截至2018年年底，全国分布式太阳能装机容量达50.61 GW，比2017年增加了20.96 GW，增长71%。

此外，国务院在《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》中提出，大力发展分散风电，稳步发展海上风电。我国海上风电储量巨大，深度5 m~50 m，高度70 m，可发电约5×10⁸ kW，海上风电发展势头强劲。截至2018年年底，海上风电总装机容量达4.45× 10⁶ kW，在建6.47×10⁶ kW。同时，中国在海上风力发电方面世界排名第三，仅次于英国和德国。

《中国可再生能源展望2018》显示，到2035年，中国的风能和太阳能发电装机容量预计将达到1.826×10⁹ kW和1.962×10⁹ kW，分别占预估总装机容量（5.366×10⁹ kW）的34.0%和36.6%，比2018年增加了1.642×10⁹ kW和1.788 ×10⁹ kW。可再生能源的比重正在迅速增长，将成为我国未来的主要能源来源。

然而，电力发展“十三五”规划（2016—2020年）指出，尽管近几年中国弃风、弃光和弃水的问题有所缓解，但在一些地区仍然严重。截至2018年年底，我国弃风电量2.77×10¹⁰ kW·h，弃光电量5.5×10⁹ kW·h，分别比2016年减少了2.2×10¹⁰ kW·h和1.5×10⁹ kW·h。然而，2018年新疆、甘肃、内蒙古等地的风电和太阳能发电量下降超过3×10¹⁰ kW·h，占全国弃风和弃光总容量的90%以上，说明部分地区弃风和弃光问题严重。

能源供应松散是近年来弃风和弃光问题的原因之一。但问题的根本原因是风能和太阳能的发展与现有的电力系统不匹配，技术不成熟，跨地区吸收风能和太阳能困难，需求侧缺乏大规模吸收风能和太阳能的能力。因此，解决风能和太阳能闲置的瓶颈问题是能源转型和发展的关键。此外，由于可再生能源装机容量的快速增长以及未来可再生能源比重的不断增加，可再生能源的吸收将面临更多的问题。因此，研究当前和未来我国可再生能源消费的瓶颈和解决方案具有重要意义。

针对风电、太阳能闲置问题日益严重，结合我国电力发展的现状和趋势，华北电力大学的刘吉臻院士团队提出了可再生能源高消纳的解决方案：

（1）以中东部地区分布式可再生能源开发利用为重点，将可再生能源集中开发与分布式开发相结合，缓解可再生能源建设布局与能源负荷的不匹配；

（2）提高火电柔性调峰能力，开展火电柔性改造，发展智能发电技术，适应可再生能源发电的大规模采用；

（3）提高燃气轮机和抽水蓄能供电比例，缓解供电结构矛盾；

（4）增加输电渠道和灵活的智能电网建设，提高可再生能源的交付；

（5）构建需求响应和虚拟电厂，引导需求侧容量的增长；

（6）研究可再生能源主动支持技术，提高可再生能源发电并网友好性能和对电网的主动支持能力；

（7）建立促进高渗透可再生能源消纳的政策和市场机制，完善灵活的交易机制，消除省际市场壁垒。

不同国家供电结构的比较

以上内容来自：Jizhen Liu， Qinghua Wang， Ziqiu Song， Fang Fang. Bottlenecks and countermeasures of high-penetration renewable energy development in China[J]. Engineering， 2021， 7(11):1611-1622.

本文来自微信公众号：Engineering（ID：engineering2015），作者：刘吉臻等