新能源波动性及其调节资源分析

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(相关资料图)

随着新能源装机功率的快速增长，新能源功率波动性带来的系统调节需求同样快速增加。

目前长期运行的集中式现货省级市场中，除了广东的新能源装机较小，暂时对系统运行尚无显著影响，其他几个省级现货市场的新能源渗透率都已经很高。而新能源发电功率存在多周期的波动，其不同周期波动对资源禀赋差异较大的各省来说，可用调节手段存在差异。

（来源：微信公众号“兰木达电力现货” 作者：汤慧娣、李红玉）

2023年7月23日，山西能监办发布了《山西省电力系统调节性电源建设运营现场监管工作方案》，调节性电源只是满足调节需求的一部分资源。而本文主要从山西2021年4月开展长周期现货市场运行以来的新能源实际发电功率数据出发，分析其波动的多周期特点，并初步探讨山西系统调节性资源方向。

一

月周期波动

首先定义月环比指标：M月功率环比=M月平均功率/M-1月平均功率-1。以及新能源平均功率=风电平均功率+光伏平均功率。

图1山西新能源逐月平均功率（2021.4-2023.7）

图2山西风电逐月平均功率（2021.4-2023.7）

结论1：在月周期方面，山西新能源发电功率波动与风电发电功率波动的相关性非常高。

从图(1)、图(2) 看出，环比相关系数高达0.98。风电出力波动幅度比新能源波动幅度还要剧烈, 环比变化范围在-46%至91%左右；新能源出力环比变化范围在-40.8%到72.1%。这主要有两个原因，一是截止2023年6月，山西风电装机一直大于光伏装机；二是风电波动性远大于光伏波动性，所以合计的新能源波动性小于纯风电的波动性。

如果定义风电大出力月标准为：月均风电发电功率>总平均风电发电功率*1.2；新能源大出力月标准为：月平均新能源发电功率>总平均新能源发电功率*1.2。其中，总平均功率为2021年4月-2023年7月的功率算术平均值。则从下表可以看出，除了2022年3月和2023年3月，表中其他各月均同时满足新能源大出力月和风电大出力月标准。

新能源大出力月和风电大出力月基本重合。

结论2：山西新能源发电功率的月周期波动非常剧烈。

自2021年4月至2023年7月山西现货市场连续运行28个月以来，28个月中有15个月的环比绝对值大于15%，达总月数的53.6%。

下表列举了所有环比绝对值大于15%的月份。其中波动最大的三个月是：2021年11月，环比上升72.12%；2022年12月，环比上升42.68%；2022年1月，环比下降40.76%。

月周期波动主要发生在大风季内部逐月间和大风季小风季过渡月。山西大风季主要是冬季和春季，秋季10月是风从小到大的过渡月，6月是风从大到小的过渡月。从上表来看，2021年10月新能源极小，11月大风，导致11月的环比波动极大；2022年1月属于大风季内部，2021年12月风比较大，而到2022年1月风突然变小，因此出现了较大的环比下降；从2022年10月至2022年12月，连着三个月新能源功率环比涨幅都比较大，12月达到顶峰，新能源发电功率超过同样大风季的11月40%+。

结论3：应对新能源发电功率月周期波动的调节措施主要是火电开停机。

具体分大风季、过渡期、小风季分析。

大风季：冬季和春季这种大风季同时也是山西用电负荷高峰季节，因此如果按常规出现全月新能源平均发电功率较高，有助于山西电网充分供应，除了供热必开外，火电可以适当停机；遇到大风季全月新能源平均出力水平持续偏低的情况，只能依靠火电开停机来满足需求。

春季里4-5月为检修高峰期，可开机火电容量较小，但同时用电负荷也低，所以通常不会出现供需紧张。

由于旬周期波动和日周期波动的存在，大风月份中可能存在个别旬或个别日的新能源极小出力，在旬周期波动和日周期波动中分析。

过渡期：过渡期新能源月均功率水平差异很大，通常是负荷相对低谷期，也是检修容量大幅度变化时期，同样只能依靠火电开停机来满足调节需求。

小风季：极少出现新能源功率波动，调节性需求很少；新能源小出力期间，火电开机较大，因此如有月周期波动的调节需求，依然是依靠火电开停机满足。

二

旬周期波动

从2021年4月到2023年7月，各旬新能源发电功率波动和风电发电功率波动分别见图（3）和图（4）。

图3山西新能源逐旬平均功率（2021.4-2023.7）

图4山西新能源逐月平均功率（2021.4-2023.7）

对比图（1）到图（4），旬波动剧烈程度高于月波动程度。

定义新能源波动较大的旬：新能源旬环比绝对值大于30%的旬。

山西现货市场连续运行84个旬中，24个新能源波动超过30%，达总旬数的28.5%；如果按旬环比绝对值超过20%统计，35个旬达到标准，占总旬数的42%。两个标准都比月波动标准高，由此可知，山西旬周期的调节需求也非常高。

与月波动类似，新能源旬周期波动带来的调节性需求也主要由火电机组开停机来满足。

如果在春季或冬季这种大风季，有可能由于某旬的极小新能源出力导致系统整体供需形势逆转，逐旬现货市场价格波动很大。例如2023年1月下旬新能源大发，叠加过年低负荷，山西1月下旬实时市场价格算术均价仅107.5元/兆瓦时，平均开机126台；而2月上旬新能源功率环比下降接近44%，尽管平均开机接近140台，实时市场价格算术均价依然大幅度攀升至431元/兆瓦时。

以山西电网的新能源实发功率数据来看，其月周期波动和旬周期波动程度都比较剧烈。而对这两种周期波动，山西的主要调节手段还是火电开停机为主。

在一些拥有长周期水电资源的省份，这部分需求可以由年调节水电或不完全年调节水电来满足，但山西不具备这种条件。

以目前的储能技术和经济性，无法满足月、旬周期的新能源波动带来的调节性需求。

关于日周期波动和日内波动情况分析，见下篇。