我国西北地区聚集了优质的风能和太阳能资源。2012年以来，西北电网新能源发电装机规模增长超10倍，装机规模达1.7亿千瓦，相当于建成7座三峡电站，成为首个以新能源电源为第一大装机电源的区域电网。
近年来，国家电网有限公司西北分部创新开展新能源消纳实践，聚焦机理认知、安全管控、预测预警、灵活调节、市场建设等方面工作，多措并举实现新能源消纳关键指标连续六年提升，为新能源发电高占比地区的电量高效消纳提供了经验。
完善消纳措施顶层设计适应新能源高占比态势
4月1日，一场大风带来西北电网风电大发。“现在是10时，桥东风电场风速达到每秒18米，134台风机全部满功率运行，今年才刚进入大风期我们就迎来了‘开门红’。”甘肃龙源风力发电有限公司副总经理张海涛介绍。
青海恰龙光伏电站值班长杨迪说：“4月1日那天光照充足，供电公司专门推迟了我厂送出线路的年度检修，我厂光伏发电最大出力达70万千瓦，基本是满发状态。”
“这次天气过程风力强劲，覆盖西北五省份，大风过程与午间光伏大发叠加，使得西北电网新能源发电出力达到近8000万千瓦，占用电负荷的四分之三。”西北电力调度控制中心调度运行处处长王智伟介绍。
随着能源清洁低碳转型的推进，西北电网新能源发电高占比运行日渐成为常态。只有掌握新能源消纳的底层逻辑，才能抓住新能源高效利用的“牛鼻子”。近年来，国网西北分部系统性开展了新能源消纳机理研究，利用数学方法实现了对“消纳”和“平衡”两个相互交织的复杂问题的解耦分析，促进了新能源消纳理论的完善发展。
“我们开发了新能源电量消纳分析工具，可以滚动计算不同地区新能源发电装机承载力并形成发展地图，为电网规划提供参考和建议。根据评估结果，我们已针对30余个新能源电量送出重点地区制订了电网补强方案，进一步提升了新能源电量消纳能力。”西北电力调度控制中心主任马晓伟介绍。
对机理的认知有助于进一步加强对消纳措施的顶层设计。国网西北分部连续多年发布促进西北新能源高效利用重点措施，靶向提升新能源电量消纳能力。从2016年到2022年，西北电网新能源发电量增长3倍，利用率提升到95.52%，发电量占比从10%提升至近24%，超过欧盟水平，达到国际领先水平。
强化风险管控精益功率预测保障电网安全可靠运行
电网安全运行是新能源高效消纳的重要保障。国际能源署研究表明：随着新能源开发规模的扩大，影响消纳水平的主要因素将由政策机制激励下的系统灵活性向系统安全稳定性变化。
为了更好地监测、评估高比例新能源电网的安全运行边界，国网西北分部构建了大电网本质安全特征量化评估平台，接入全网7500台常规发电机组及7万余台新能源发电机组，实时监测系统转动惯量等特征指标。“年初以来，西北电网新能源最大发电占比超过55%，对应的系统转动惯量为8900吨·平方米，距最低限值仍有合理裕度。我们在保证新能源高效利用的同时，也做到了对频率风险防控底线心中有数。”西北电力调度控制中心系统处高级工程师张钢说。
在加强电网运行风险监测的同时，国网西北分部通过提升新能源发电机组涉网性能，不断增强机组的电网适应性和主动支撑能力。“十年来，我们推动建设电网友好型新能源场站，完成了全球规模最大的风机耐高压和新能源耐高频改造，新能源快速频率响应等实践成果被纳入国家标准和行业标准。”西北电力调度控制中心系统处副处长程林说。
对新能源发电功率的精准预测是新能源高效利用的前提。在国家电网有限公司国家电力调度控制中心的指导下，西北电网已形成“国调-网调-省调-场站”四级预测、层层校核的分时、分区预测体系，风电、光伏发电功率预测准确率连续多年位于公司系统前列。
“预测结果纳入电网备用的比例关系到平衡和消纳的综合效益。纳入比例越大，火电开机越少，让渡的消纳空间越多，但同时电能供应风险也会增加，纳之有度尤为重要。”西安交通大学电气学院教授王建学说。
经过持续的技术升级和创新实践，国网西北分部研究提出“基于控制负荷损失风险的新能源预测纳入备用”技术路线。“这种方法可以统筹负荷预测与新能源预测的容错率，实现新能源预测动态纳入备用，在不增大供电风险的前提下获得最大收益。”国网西北分部副主任张振宇介绍。
“在4月1日新能源电力大发时段，我们通过新能源备用统筹，提前安排火电机组停机最大近2000万千瓦，增加消纳空间1000万千瓦，同时推迟影响新能源消纳的检修工作，增加调度值班力量，加强应急响应。”西北电力调度控制中心调度计划处副处长张小东介绍。
增强系统灵活运行能力促进资源科学高效配置
增强系统灵活调节能力是促进新能源高效利用的重要手段之一。随着新能源发电占比的不断提高，电力系统不仅需要保障电力电量平衡，还需要具备充裕的灵活调节性，以应对新能源发电的强随机性与波动性。
国网西北分部创建源网荷储协同互动智能调控平台，已接入新能源汽车、充电桩、高载能等可调节负荷1300万千瓦。西安广林汇智能源科技有限公司是一家负荷聚合商，也是该平台的受益者之一。“去年我们参与电网调峰电量超2000万千瓦时，获得收益600万元，未来还要加大参与力度。”该企业负责人耿庆说。
随着新型储能的快速发展，因地制宜实现分散接入储能资源的集约化利用成为一个新课题。“国网西北分部制订了储能调用规则，帮助我们了解电网实际需求，精准参与电网调节。”北京京能清洁能源电力股份有限公司西北分公司总经理张红义说。在4月1日新能源大发时段，西北电力调度控制中心组织调用全网新型储能最大充电功率120万千瓦，帮助国网青海电力调度控制中心缓解了午间光伏电量消纳压力。
黄河梯级水电是西北电网的优质调峰电源。国网西北分部积极与黄河水利委员会沟通协作，建立了“水量能总控、电量可调节”的调度新模式，持续挖掘梯级水电灵活调节潜力。“在4月1日新能源电力大发时段，西北电力调度控制中心安排龙头水库调减30%的出库流量，相当于把1亿千瓦时的新能源电量储存在水库中。”国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司生产运营中心主任金东兵说。
市场是新能源高效利用的“指挥棒”，这只“无形的手”能在更广范围聚集新能源电量消纳的合力。西北电力调度控制中心在国调中心和北京电力交易中心的指导下，积极组织“中长期+现货+应急调度”交易，建立“调峰+备用+顶峰”的电力辅助服务市场机制，为新能源电量更宽尺度、更大范围消纳提供了有利条件。
借助市场引导，国网西北分部配合西北地区各地政府推动实现60%公网统调火电机组的灵活性改造。“灵活性改造不仅提升了机组性能，还让我们在市场中获益。”大唐宝鸡发电有限责任公司总工程师陈小强说，“今年，我厂火电单机最大调峰深度达到20%，通过调峰辅助服务市场已获得补偿1428万元。”
据统计，1～4月份，西北电网共组织辅助服务等各类电力市场交易2.9万笔，多消纳新能源电量70亿千瓦时，相比2022年同期增加11亿千瓦时，电力辅助服务市场机制的作用日益突出。
