“諸多光伏和風電電站的上網電量從數日前正在逐步下滑，12月4日晚上23點，新疆諸多清潔能源電站接到調令，彙集線路由運行轉熱備用，停止發電及向電網輸送電力。新疆的光伏、風電運營企業正在麵臨從未有過的‘寒冬’，多數電站將麵臨整個冬季無營收的困境。”
一則限電的新聞，在幾天之內被迅速的傳播，業內人事紛紛質疑電網的不作為。華北地區正在遭受霧霾的困擾，為什清潔能源卻被限製發電？其實清潔能源被“限發”由來已久。本文就清潔能源限電問題展開討論。
1．一些概念
我們需要理解的一些概念性的問題，比如清潔能源的間歇性、什麼是調峰、什麼是熱備用等等。隻有明白這些問題之間的聯係，才能明白為什電網會這麼做。
1．1 清潔能源的間歇性
水利發電是最早被利用的清潔能源，也是最被電網歡迎的清潔能源，水電主要靠重力勢能變成機械能推動水輪機轉動，水輪機轉動變成電能。它的最大的特點就是“說發就發，說停就停”，電網要你發電，隻要打開水閘，不讓你發電，關閉水閘就好了。水電唯一的問題的是受枯水季節的限製，比如春、冬季節降水較少，水電出力（發電能力）就會變小。
風電在我國發展的時間比光伏早很多，三北地區的風電安裝容量非常大，08年左右風電限電問題就非常嚴重了，風電是幾種清潔能源中對電網“最不友好”的一種能源。風電的“反調峰”（完全不能滿足電網調度）能力非常強、白天用電高峰期，沒風不發電。晚上用電少的時候風大了。大電網的電能是不儲存的，用多少發多少，不然電網就會崩潰，損失是災難性的。
光伏大家都了解，白天發電、晚上不發電，晴天發電多、陰天發電少、多雲時波動較大。光伏發電可以幫助電網在白天經行“調峰”所以是比較友好的一種清潔能源。分布式光伏發電對電網幾乎沒有影響，大型地麵地站紮堆建設在西北荒漠地帶，對電網就是一種“負擔”。
1．2 調峰
由於用電負荷是不均勻的。在用電高峰時，負荷大。此時需要投入在正常運行以外的發電機組以滿足需求。這些發電機組稱調峰機組。因為他用於調節用電的高峰，所以稱調峰機組。調峰機組的要求是啟動和停止方便快捷，並網時的同步調整容易。一般調峰機組有燃氣輪機機組和抽水蓄能機組等等。
電能不能儲存，電能的發出和使用是同步的，所以需要多少電量，發電部門就必須同步發出多少電量。電力係統中的用電負荷是經常發生變化的，為了維持有功功率平衡，保持係統頻率穩定，需要發電部門相應改變發電機的出力以適應用電負荷的變化，這就叫做調峰。
反調峰顧名思義就是與電網調峰穀負荷工作唱“反調”，實質上是在調峰工作中某些地方電網或電廠出於本身利益和工作方便，不顧全網利益的一種反常行為，他們在電網低穀負荷全網出力過剩時不吸收係統功率，相反還輸出功率，搶發電量；而在高峰時因機組電壓低，溫度高又減其可調出力，其結果非但加重了其他調峰調頻廠的壓力。
新疆、甘肅等西北省份，大部分的調峰任務都是火電廠承擔的，因為這裏沒有建設水電站的條件，從目前國產鍋爐來講，理論上可以從100％調到30％，也就是說，一台600MW機組，其發電量可以能夠從600MW下降到180MW，其調峰能力是420MW，其調峰深度是70％。但是實際上國產鍋爐不能滿足上述要求，能夠滿足50％的調峰能力已經是很不錯的了。
調峰電廠有燃氣輪機機組和抽水蓄能機組等。目前多數采用水力發電廠調峰，因為這兩類調峰電廠的性能不同，水力發電廠響應很快，開機、停機比較靈活，而火力發電廠響應較慢，從鍋爐起爐到汽輪機並網發電需要好長時間，所以主力調峰電廠就是水力發電廠，在水力發電廠調峰不足或者枯水期的時候，就需要啟用火力發電廠進行補充調峰。
水力發電廠的調峰工作狀況一般是在用電低穀期，調峰電廠以電能作動力，抽水蓄能將電能轉化為可以儲存的能量，而當用電高峰期，調峰電廠通過水力發電把儲存的能量轉化為電能，送入電網。至於火力發電廠的工作狀況，就是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝置轉換成電能的一種發電方式。
目前有很多企業在大型水電旁邊建設大型和特大型光伏電站，2013年世界上最大規模的水光互補光伏電站是——龍羊峽水光互補320兆瓦並網光伏電站。
1．3 熱電聯產
是指發電廠既生產電能，又利用汽輪發電機做過功的蒸汽對用戶供熱的生產方式，即同時生產電、熱能的工藝過程，較之分別生產電、熱能方式節約燃料。以熱電聯產方式運行的火電廠稱為熱電廠。對外供熱的蒸汽源是抽汽式汽輪機的調整抽汽或背式汽輪機的排汽，壓力通常分為0．78～1．28兆帕（MPa）和0．12～0．25MPa兩等。前者供工業生產，後者供民用采暖。熱電聯產的蒸汽沒有冷源損失，所以能將熱效率提高到85％。
1．4 北方冬季供暖
我們國家是以秦嶺——淮河為分界線區分南、北方。北方城市冬天使用暖氣取暖。時間一般從11月15日開始，3月15日結束。西北地區提前一個月供暖，推遲1－2個月結束。功能時間長、電網壓力較大。
“11月開始，東北地區進入采暖期，占全網裝機容量20％以上的火電機組開始供熱，機組總體調峰能力大幅下降。”
“運行機組低穀出力按《2009年度遼寧電網運行方式》提供的非常規調峰定額減到最低，新投運大火電機組按50％調峰”
“陝西冬季，平水年調峰不足嚴重於枯水年，缺額最大的時段仍在12月達到1120MW平水年調峰整體略低於枯水年的主要原因是小水電出力不同，平水年比枯水年冬季小水電出力大10％夏季大30％。由於熱電廠冬季不參加調峰，擠占了可調電源的空間，使電網平均調峰能力大大降低。”
以上內容出自電力係統從業專家撰寫的論文，每個省的電力係統都在研究如何把快速發展的清潔能源並入電網，而又不影響正常的社會生產、生活用電。
火電廠中常規的凝氣式發電機組可以供熱，在其中壓缸至低壓缸的導管上打孔抽汽，可以滿足北方民用采暖蒸汽的要求。如果有工業用汽，可以根據其要求在中壓缸打孔抽汽。目前這樣的供熱機組非常多，尤其是處於城市附近的300MW機組，都要求采用上述供熱方式。
由於大量火電機組參與了城市供熱，導致負荷全滿（一邊供電、一邊供熱）能夠參加調峰的容量就不夠了，所以會限製清潔能源發電。
1．5 算例
上麵的內容估計大家看了頭疼，也可能不理解。下麵我們模擬一個城市的春夏秋冬讓大家明白。
某城市有一座發電能力300的發電站，城市春、秋最大和最小用電量為250和150，該城市夏季炎熱，製冷（空調）負荷50，冬天有供熱負荷（暖氣）日間60、夜間100。該城市有50M太陽能電站和50兆瓦風力發電站。
春、秋天：火力機組50％出力時（備用餘量150）可以完全接納風、光100％的出力。當多雲，大風驟停時：光伏出力下降50％、風力發電出力變為0，有75的出力減少，火電站增加發電即可彌補。
夏天：火力機組按照66％出力時（備用餘量100）白天也可以完全接納風、光100％的出力。夜間：光伏不出力，風電滿發時，火力機組減小50出力，也可以接納風力滿發。
冬天：火力機組如果全部參加供暖，100％出力，且24小時不減少出力（不參加調峰）。如果不考慮外送的話，電網隻能接納10兆瓦左右的清潔能源出力。剩餘90出力都會被限製。如果外送條件好，這些清潔能源出力不會被浪費，但是現實中，風、光資源豐富的地方，也是電網薄弱的對方，城市之間往往離著幾百公裏，外送的條件不充分。
2．用風、光發電“燒開水”
文獻3中介紹了寧夏電力係統的專家針對棄光、棄風問題上提出的方法。
“寧夏電網配合清潔能源調峰的方式主要為火電機組。由於近幾年無新建火電項目， 導致清潔能源調峰壓力逐年增加。而且網內大量火電機組為供熱機組冬季熱負荷限製了熱電聯產機組的調峰容量。在供熱係統中引入儲熱式電鍋爐後，可改變熱電機組所承擔的熱負荷與電負荷的比例。清潔能源調峰時， 一方麵可以通過無熱負荷負擔的火電機組調峰；另一方麵還可通過電鍋爐增加清潔能源電力的消納，對清潔能源出力實現削峰填穀。”
具體方案為：
（1）負荷低穀期或風電、光伏出力大時，開啟電鍋爐儲熱；
（2）火電機組調峰容量不足時，投入電鍋爐儲熱供熱，增加火電機組的旋轉備用容量；
（3）根據清潔能源的出力變化，及時調整熱負荷與電負荷的比例。 當清潔能源出力高於計劃值時， 開啟儲熱式電鍋爐將熱負荷轉化為電負荷；在清潔能源出力低於計劃值時，關閉儲熱式電鍋爐將電負荷轉化為熱負荷。
把文獻3的這種方法解釋的再通俗一些，以前我們洗澡要用煤鍋爐燒熱水，現在有很多風電、光電用不完白白浪費了，我們買一個電鍋爐燒水，不用煤鍋爐了。
文獻4中對“風電參加熱電聯產”做了詳細的分析（可同樣用於光伏），得出了幾點值得思考的結論和建議：
1．風電替代熱電聯產機組進行供電和供熱， 因此， 在國內“ 三北” 地區棄風嚴重的環境下， 具有明顯的節煤效益。其節煤量取決於所接納的棄風電量及其所替代熱電機組的燃料利用效率。
2． 在目前“三北”地區各棄風較為嚴重的電網中，均具有實施該方案的國民經濟可行性，但由於各電網棄風情況不同，最優安裝規模也會有所不同。在棄風非常嚴重的電網中，如蒙西電網，實施該方案將具有顯著的節煤效果和經濟效益，保守估計經濟內部收益率可達到20％以上。
3．由於收益主體和成本主體不同， 該方案的實施需要對熱電廠進行合理的經濟激勵。如熱電廠可通過與一些棄風電量較大、 棄風時間較長的風電場簽訂長期雙邊合同的方式鎖定利用電鍋爐的利用小時數以及調峰收益， 從而規避投資風險，達到與風電的共贏。
【1】王芝茗．蘇安龍．魯順 基於電力平衡的遼寧電網接納風電能力分析［期刊論文］ － 電力係統自動化2010（3）
【2】王乃永．姚金雄．李冰寒．趙淑蓉．張世強． 陝西電網＂十二五＂期間調峰能力研究［期刊論文］ － 陝西電力 2010（6）
【3】張傑．陳磊． 基於熱電轉換的風、光、火電機組協調性發電調度［期刊論文］ － 寧夏電力 2015（1）
【4】呂泉．薑浩．等 基於電鍋爐的熱電廠消納風電方案及其國民經濟評價［期刊論文］ － 電力係統自動化 2014（1）
作者：張喆
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