我国可再生能源高渗透发展的瓶颈与对策

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工程

（

2021

）

1611

研究

清洁能源技术-专题文章

我国可再生能源高渗透发展的瓶颈与对策

刘吉珍

，王清华

，宋子秋

，方芳

，

刘

华北电力大学可再生能源发电系统国家重点实验室，北京

102206

华北电力大学控制与计算机工程学院，北京

102206

阿提奇莱因福奥

文章历史记录：

收到2020年

2020年8月21日修订

2020年8月27日接受

2020年12月1日网上发售

关键词：

瓶颈

对策

闲置风能和太阳能可再生能源

A B S T R A C T

中国已成为世界

上最大的能源生产国和消费国，风能和太阳能发电装机容量位居世界第一。然而，中国严重的风

能和太阳能限电严重

阻碍了可再生能源的开发和利用。针对可再生能源消费中存在的问题，分析了影响可再

生能源发电容量的

个关键因素：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，提出

了集中式和分布式发展可再生能源、提高火电调峰灵活性、增加燃气轮机和抽水蓄能比例、建设输电通道

和柔性智能电网、发展需求响应和虚拟电厂、积极支持和储能新能源、建立相应的政策和市场机制等

条

解决方案中国政府和能源主管部门出台了一系列政策措施，近三年来，中国在推广可再生能源方面取得了

显著成绩风电闲置率由二零一六年的

17%

下降至二零一八年的

，太阳能闲置率由二零一六年的

10%

下降

至二零一八年的

。

高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章

（

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

）中找到。

介绍

化石燃料枯竭、环境污染和气候变化已成为共同问题。清洁高效

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

电力系统是大多数国家达成共识的应对策略

[1]

。

中国

2018

年装机容量达到

1.9 10

，发电量总计

7 10

kW h[2]

。

2018

年和

2019

年中国的

电力供应结构和发电能力如图所示。

和

，显示

2018

年至

2019

年，

非化石燃料（以下简称非化石）能源装机占比增长

，发电量增长

。在中国，可再生能源的两个主要来源是风力发电和光伏（太阳

能）发电。中国是世界风能和太阳能发展的领导者

通讯作者。

电子邮件地址：

ffang@ncepu.edu.cn（法国）Fang）。

https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.016

发电量截至2018年底，风电和太阳能发电装机容量分别为1.84 × 10

8 kW

和1.74 × 10

kW，占总装机容量的9.7%和9.2%。此外，风能和太阳能

发电量合计3.658 10

和分别为1.769 10

kW h，占总发电量的5.2%

和2.5%[3，4]。如图3和4，2005年至2018年，中国风电和太阳能装机

分别增长了15倍和1740倍，这表明中国可再生能源的开发和建设已经上

升到一个新的水平。近年来，中国分布式可再生能源发展迅速，尤其是

分布式太阳能发电。截至2018年底，分布式太阳能装机容量为

50.61

吉瓦（

），比

2017

年增加

20.96

吉瓦（

71%

）。此外，在其

能源发展战略行动计划

2014-

此外，海上风电发展势头强劲，我国海上风电储量巨大，水深

5-50 m

、高度

70 m

的截至

2018

年底，中国

由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于

CC BY-NC-ND

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（

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

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工程

杂志首页：

www.elsevier.com/locate/eng

J. Liu

，

美国驻华大使，法

地

Wang

，

Z. Song

等人

工程

（

2021

）

1611

1613

从发电平衡的角度来看，功率调节性能、电网输电能力和负荷水

平是影响可再生能源采用能力的重要因素。此外，可再生能源的特

性，如可再生能源布局，功率预测水平和控制性能，是显着的影响

因素。此外，电力市场机制对可再生能源的采用具有重大影响

[15]

。

已经开展了若干关于评估可再生能源采用能力的研究，以概述进一

步的有效办法。

Wang

等人

[16]

提出了一种新的风光互补电力系统可

再生能源采用能力评估方法，在评估过程中考虑了可再生能源的不

确定性和相关性。可再生能源的不确定性给描述可再生能源发电带

来了挑战，并且现有的研究由于频繁更新的数据而遭受高计算开销

为了解决这些问题，

Liu

等人。

[17]

提出了一种基于深度强化学习的

算法，以确定近似的最优采用能力。在促进可再生能源整合的需求

方管理方面，

Hungerford

等人。

[18]

将基于详细最终用户数据的灵

活负荷表示集成到澳大利亚国家电力市场的系统级模型中，并提出

了一种通过应用能量受限发电机来表示灵活负荷的方法。并网的高

渗透率可再生能源对电网稳定性提出了挑战，因此

Al-Shetwi

等人

[19]

建议检讨近期有关可再生能源发电厂在电网中渗透的整合要求

此外，

Wu et al.[20]

提出了一种利用基于电压源换流器的高压直流输

电（

VSC-HVDC

）来加强具有高比例可再生能源的地区电网的设计

方法此外，可以采用基于市场的方法来缓解整合问题。

等人

[21]

将

基于市场的方法应用于中国的可再生能源整合，其中涉及发电权交

易和调峰辅助服务。

Fur-2010

，

Guo

等人

[15]

介绍了中国两级市场的

模型

Zhen

等人

[22]

以中国唐山为例，研究了采用可再生能源的电力

系统规划，其中补贴政策对电力系统的发展影响很大，因为它降低

了传统发电的成本优势，提高了公用事业公司发展可再生能源发电

的积极性。

针对风电、太阳能闲置日益增多的问题，结合我国电力发展的现

状和趋势

(1)

以中东部地区分布式可再生能源资源开发利用为重点，可再

生能源集中开发与分布式开发相结合，以缓解可再生能源资源建设分

布与电源负荷不匹配的

(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

[23

，

24]

，以使系统适应可再生能源电力的大规模采用

;

(3)

提高燃机和抽水蓄能供电比例

(4)

增加输电渠道和灵活的智能电网建设

[25]

，以加强可再生能源

的输送

;

(5)

构建需求响应

[26

，

27]

和虚拟电厂

[28

，

29]

，引导需求侧容

量的增加

;

(6)

研究可再生能源主动支持技术，提高可再生能源发电的并网

友好性能及其对电网的主动支持能力

;

(7)

建立政策和市场机制，增加高渗透率的可再生能源消费，完

善灵活的交易机制，消除省际市场壁垒。

在图5中，图示了所提出的瓶颈和对策之间的关系。

第二分析和总结了可再生能源大规模利用的四大瓶颈。第三部分

结合中国的实际情况分析了这些瓶颈最后，第四部分对本文进行了总

结。

大规模采用可再生能源的瓶颈

电力系统的基本特征是能量供需之间的实时平衡。随着风力发电、

太阳能发电等可再生能源的开发利用，

图五. 提出了瓶颈问题及相应的对策。

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