区域全清洁能源供电的发展路径与实践——以青海省为例
董凌1,2，李延和1，刘锋2，陈来军3，魏韡2，梅生伟3*
（1.国网青海省电力公司；2．清华大学电机系；3.青海大学新能源光伏中心）
本文发表在《全球能源互联网》2020年第4期“电力系统低碳发展的目标、战略及技术选择”专题，欢迎点击品读。本文得到国家自然科学基金创新研究群体项目与国家电网公司总部科技项目资助。
（来源：微信公众号‘全球能源互联网期刊“ 作者：中文期刊编辑部）
一、区域全清洁供电的理念
全清洁能源供电是能源结构转型追求的终极目标，在实践过程中应遵循安全、经济和高效的基本理念。
二、区域全清洁供电的瓶颈
1）新能源出力不确定性下的电力电量平衡难题：如何充分协调在不同空间位置接入的不同时间尺度（季节、周、天、小时、分）的灵活性资源，保证系统电力电量供应的充裕度和安全性，同时充分考虑负荷侧的灵活调节能力（如分布式储能）以降低新能源电力系统运行保守性。
2）电力电子化特征的新能源电力系统安全运行难题：如何通过先进控制技术赋予新能源发电主动支撑电网的能力、并实现系统层面的协同协调，形成高比例新能源电力系统协同稳定控制方法。
3）新能源发电成本过高与市场机制相对滞后的难题：如何设计合理的市场机制并及时出台相应的政策法规以便更好地促进高比例清洁能源供电市场环境的形成。
三、区域全清洁供电的发展路径
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基本原则
清洁能源占比有序提高、源网荷储协调发展、实施范围因地制宜
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技术路径
电源侧：不断提高新能源超短期预测准确度。
电网侧：加快推进清洁能源输送通道建设。
负荷侧：不断深入挖掘用户参与新能源电力系统经济运行的调节潜力。
储能侧：加快大容量储能设施建设。
市场层面：不断完善市场机制和监管机制。
四、青海全清洁供电实践分析
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电源、电网与负荷情况
青海省内水能、太阳能、风能资源均异常丰富。黄河上游已建成12座梯级水电站，总装机约10 487 MW，占全省水电总装机的88%，调节性能优良，具备日以上调节能力。水电最大发电功率为11 GW，调峰能力为7.27 GW。光伏年利用小时数1600 h左右，风电年利用小时数1800 h左右。近3年来青海水电、火电装机未变，但光伏和风电装机增长迅速，截至2019年底光伏和风电装机占比50.46%，年发电量占比已超过26%。
⬇表1青海电网2017—2019年装机容量
⬇表2青海电网2017—2019年年发电量
随着青藏联网、新疆与西北联网第二通道、玉树联网、果洛联网等电网工程相继建成，青海电网已发展为东接甘肃、南联西藏和西引新疆的多端枢纽交直流混合电网。青海电网通过6回750 kV线路与西北主网相连，确保了跨省潮流互济，成为电网调度的重要灵活性资源之一。
青海省以第二产业用电为主，以2016年数据为例，第一、二、三产业和城乡居民用电比例为0.43∶90.95∶4.75∶3.87。第二产业用电以电解铝、铁合金、钢铁、电石四大行业为主，占总用电量的70%，其中电解铝用电占总用电量50%。由于电解铝、钢铁、电石的连续生产要求，其日负荷曲线几乎为一条直线，因此青海全年日负荷曲线较为平稳，典型日24小时负荷曲线也较为平稳，峰谷差率通常在11%左右。
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关键技术和市场措施
2017、2018、2019年青海电网分别进行了的“绿电7日”“绿电9日”“绿电15日”实践。
2017年在源侧重点提高水电的充裕性和灵活性，在网侧重点提高交直流混合电网安全运行水平，提高风、光、水和负荷功率预测精度，应用风、光、水联合日前+日内优化调度保证电量平衡，并在调度和交易方面加强了与西北互联电网的潮流互济和备用共享。
2018年重点在负荷侧实施调峰机制，并在市场机制方面引入了停备火电与新能源的发电权交易，新增用电与新能源发电双边交易。
2019年，重点进一步挖掘了火电的深调峰水平，在负荷侧开展了峰谷互换负荷、新增储热式电锅炉等，并增加了储能电站与新能源场站双边或竞价交易。
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典型数据分析
在“绿电7日”（2017年6月17日0时—23日24时）、“绿电9日”（2018年6月20日0时—28日24时）和“绿电15日”（2019年6月9日0时—23日24时）中分别选取3个典型日：
①“绿电7日”：2017年6月19日和23日下午时段省内水、风、光出力低于负荷，从外省购入部分新能源；6月20日内水、风、光全天出力满足负荷，富裕电量送出外省。
②“绿电9日”：2018年6月28日消纳省外新能源潮流最大、电量最多，达30 440 MWh；22日省内全天风、光新能源发电量占比达16.06%。
③“绿电15日”：2019年6月12日消纳省外新能源潮流最大、电量最多，达20 355 MWh；13日省内全天风、光新能源发电量占比达34.75%。
⬆青海电网3年绿电日实践的典型日曲线比较
3年绿电日实践期间主要统计数据见下表。
⬇青海电网3年绿电日实践期间主要统计数据
分析运行数据可得出以下结论。
1）青海（6月份）夜间风资源更好，风、光发电特性具有比较明显的日时间尺度的互补性。
2）风电、光伏装机的持续增加，使青海电网新能源发电量占比不断增加。
3）由于用电量基本没有增长，青海电网2017年、2018年尚需在少部分时段购入清洁电量满足全清洁用电。但从2019年起，由于风、光新能源装机容量大幅增加，已基本实现清洁能源自给自足，且外送电量逐年增加，向清洁电送出基地方向发展。
4）西北跨省优化调度提高了全区域风、光新能源不同时段的互济能力。3年绿电日实践期间，消纳其他省份新能源电量不断增加，累计达296.2 GWh。
青海是国家重要的生态安全屏障和清洁能源基地，具备水电为主，水、风、光互补的全清洁供电禀赋，连续3年的“绿电7日”“绿电9日”和“绿电15日”成功实践及相关研究为推动建立清洁低碳、安全高效的能源供应体系提供了“青海范本”，对探索中国能源转型之路具有重要的启示意义。
本文引文信息
董凌，李延和，刘锋，等. 区域全清洁能源供电的发展路径与实践——以青海省为例[J]. 全球能源互联网，2020，3(4)：385-392.
DONG Ling, LI Yanhe, LIU Feng, et al. Development path and practice of regional fully clean power supply: a case study of Qinghai Province[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(4): 385-392(in Chinese).
研究团队
青海大学新能源光伏产业研究中心（光伏中心）成立于2014年，由清华大学长江学者梅生伟教授担任首届主任。光伏中心目标定位主要是从事科学研究、人才培养和社会服务，为青海省新能源产业发展提供技术与人才支撑。同时，光伏中心作为一个重要的学科交叉科研平台，逐渐形成了新能源领域协同创新体系，吸引了一大批来自不同学校、不同领域，不同学科的科研工作者一起开展协同创新。
作者简介
董凌
硕士研究生
研究方向为新能源电力系统调度与控制
原标题：董凌、梅生伟等：区域全清洁能源供电的发展路径与实践——以青海省为例
