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  • 頭條如何解決棄風棄光難題?新研究提出電網消納新能源能力最大的方法
    2020-07-27 作者:劉飛、陶昕、張祥成、李楠、馬雪  |  來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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    導語國網青海省電力公司經濟技術研究院的研究人員劉飛、陶昕、張祥成、李楠、馬雪,在2019年第6期《電氣技術》雜志上撰文指出(論文標題為“基于電網消納能力的新能源發(fā)展策略研究”),隨著新能源大規(guī)模開發(fā),新能源消納問題逐漸突出。在保證太陽能及風電可靠并網發(fā)電、電網能夠維持安全穩(wěn)定運行的前提下,不同的網架強弱程度、不同的電源構成以及不同的負荷水平,電網消納新能源發(fā)電的能力也將有所不同。 為了綜合協調電網電源資源,合理安排新能源的發(fā)展規(guī)模和建設時序,保障新能源發(fā)電的科學發(fā)展和有效利用,本文基于電網光伏風電消納能力,并根據風電發(fā)電特性、光伏發(fā)電特性及風光互補特性,提出一種探索電網新能源消納能力最大的方法,為后續(xù)新能源并網提出指導性意見,避免大量的棄風棄光現象發(fā)生。

    隨著世界經濟的快速增長,人類對能源的需求越來越大。現有的能源結構中,煤炭、石油等化石能源占有很大比重,但化石能源作為不可再生能源其儲量有限,而且其燃燒和利用過程還會污染環(huán)境并排放溫室氣體。能源危機和環(huán)境污染是全人類面臨的共同問題。

    在有限的資源利用和嚴格的環(huán)境保護的雙重制約下實現人類的可持續(xù)發(fā)展,立足于科技進步,調整和優(yōu)化能源結構,大規(guī)模開發(fā)利用清潔可再生能源已成為全球共識。但隨著新能源大規(guī)模開發(fā),我國局部地區(qū)消納矛盾逐漸凸顯,出現了棄風、棄光問題,引起社會各界的關注。

    青海省依托豐富的太陽能風能資源等大力發(fā)展光伏風電產業(yè),初步形成了較為完整的光伏風電產業(yè)鏈,根據青海省電網發(fā)展規(guī)劃,2020年累積并網光伏風電容量將分別達到1400萬kW和760萬kW。目前,青海全省光伏風電主要集中在海南、海西地區(qū),截至2016年底,電源總裝機容量為2302萬kW,其中光伏發(fā)電并網容量達682萬kW,風電并網容量達68萬kW。

    由于新能源發(fā)電出力具有波動性、隨機性和間歇性,大規(guī)模的新能源發(fā)電接入電網后,會對電網的調峰、無功電壓和暫態(tài)穩(wěn)定性都帶來一定的影響。同時,由于新能源(風電和光伏發(fā)電)發(fā)電出力的不確定性、反調峰性,大規(guī)模新能源并網后要求電力系統留有更多的備用電源和調峰電源。

    本文基于光伏風電消納能力,分析不同負荷水平及不同外送曲線對光伏風電消納能力的影響,并根據風電發(fā)電特性、光伏發(fā)電特性及風光互補特性,提出基于新能源消納能力的優(yōu)先發(fā)展光伏、優(yōu)先發(fā)展風電及尋找風光最優(yōu)配比的風電光伏發(fā)展策略,指出一種探索電網新能源消納能力最大的方法,并結合青海電網新能源發(fā)展策略進行分析和計算。

    1 研究基礎

    1.1 光伏風電出力特性

    光伏出力較大時段主要集中在11:00—16:00,典型日出力曲線如圖1所示。若優(yōu)先發(fā)展光伏,光伏開發(fā)超過一定規(guī)模時,將加重電網中午時段棄電現象。

    如何解決棄風棄光難題?新研究提出電網消納新能源能力最大的方法

    圖1 光伏典型日出力曲線

    風電出力具有一定間歇性、隨機性,呈現夜間出力大,白天出力小的特點,典型日出力曲線如圖2所示。若優(yōu)先發(fā)展風電,風電開發(fā)超過一定規(guī)模時,將加重電網夜間小負荷時段的棄電現象。

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    圖2 風電典型日出力曲線

    光伏與風電之間具有一定的互補性,風光出力疊加后最大出力系數及日最大峰谷差較光伏有所下降,平滑了新能源出力的波動性,降低對負荷的負效應,因此,需充分發(fā)揮光伏風電互補特性,尋找風光最優(yōu)配比,達到消納新能源規(guī)模最大的目標。風光互補后出力曲線如圖3所示。

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    圖3 風光互補后出力曲線

    1.2 水電優(yōu)化調度曲線

    新能源規(guī)模較大省份,為配合新能源運行,在光伏電站發(fā)電出力較大的時段11:00—16:00,水電站降低出力為光伏調峰運行,其余時間水電大發(fā)以平衡負荷。水電優(yōu)化調度曲線如圖4所示。

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    圖4 水電優(yōu)化調度曲線

    1.3 電力電量需求及負荷特性分析

    青海電網某連續(xù)三年全社會用電量分別為675億kW?h、711億kW?h、779億kW?h,年均增長率5.0%;全社會最大用電負荷分別為8800MW、10016MW、10966MW,年均增長率6.4%。青海電網年負荷特性曲線及日負荷特性曲線分析結果如圖5、圖6所示。

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    圖5 青海電網年負荷特性曲線

    2 基于時序生產運行仿真的新能源消納能力計算模型(略)

    3 基于新能源消納能力的光伏風電并網優(yōu)化策略研究

    3.1 研究思路

    本文研究思路如圖7所示。首先根據新能源規(guī)劃開發(fā)規(guī)模及布局,分析新能源消納情況。若新能源棄電率不滿足要求,基于生產模擬運行仿真,研究優(yōu)先發(fā)展風電、優(yōu)先發(fā)展光伏及尋找風光最優(yōu)配比三種發(fā)展策略下新能源消納能力,并基于新能源消納能力最大推薦逐年新能源并網規(guī)模優(yōu)化方案,最后進行網架適應性校核。

    3.2 青海電網規(guī)劃新能源消納情況分析

    根據規(guī)劃新能源發(fā)展策略,青海電網連續(xù)3年新能源棄電率/棄電量分別為12.42%/18.2億kW?h、18.48%/42.88億kW?h、16.96%/50.53億kW?h。不滿足新能源棄電率不超過7%要求,因此,為保證新能源有序發(fā)展、有效接納,需開拓省外受電市場或優(yōu)化新能源開發(fā)方案。

    如何解決棄風棄光難題?新研究提出電網消納新能源能力最大的方法

    圖7 研究思路框圖

    如何解決棄風棄光難題?新研究提出電網消納新能源能力最大的方法

    表1 連續(xù)3年新能源消納情況分析

    3.3 不同負荷水平對青海電網新能源消納情況影響分析

    考慮負荷水平較規(guī)劃水平降低了5%,導致新能源消納情況更加嚴峻,此時青海電網新能源棄電率/棄電量分別為17.35%/25.4億kW?h、28.1%/65.1億kW?h、23.1%/68.7億kW?h。

    3.4 不同外送曲線對青海電網新能源消納情況影響分析

    若考慮將新安排新能源全部消納,需開拓省外受電市場。第一年外送電量方案已確定,此時青海電網新能源棄電率/量為12.42%/18.2億kW?h;第二年為將新能源棄電率控制在7%,建議外送電量增加至76億kW?h,此時新能源棄電率/量為7.02%/16.28億kW?h;第三年為將新能源棄電率控制在7%,建議外送電量增加至67億kW?h,此時新能源棄電率/量為7.04%/20.98億kW?h,全省最大外送電力約890萬kW。

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    表2 青海負荷水平降低5%新能源消納情況分析

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    表3 優(yōu)化外送電量方案時新能源消納情況分析

    3.5 基于新能源消納能力的光伏風電并網優(yōu)化策略研究

    基于2.1節(jié)提出的光伏、風電及風光互補特性,同時為將新能源棄電率限制在7%以內,提出了優(yōu)先發(fā)展風電、優(yōu)先發(fā)展光伏及風光最優(yōu)配比原則對新能源并網方案進行優(yōu)化。

    方案一:優(yōu)先發(fā)展風電。第一年無新增裝機;第二年可消納風電140萬kW;第三年可消納風電共424萬kW,此外可消納光伏70萬kW。

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    表4 新能源并網規(guī)模優(yōu)化方案一

    方案二:優(yōu)先發(fā)展光伏。第一年無新增裝機;第二年可消納光伏135萬kW;第三年可消納光伏共245萬kW,剩余33萬光伏無法消納。

    如何解決棄風棄光難題?新研究提出電網消納新能源能力最大的方法

    表5 新能源并網規(guī)模優(yōu)化方案二

    方案三:尋找風光最優(yōu)配比。通過青海電網生產模擬運行仿真研究,在保持風光總裝機不變的前提下,逐漸降低風電裝機、增加同等量的光伏裝機,當第二年、第三年全省風光比例分別為1:3.7、1:1.3時,此時新能源棄電率最小。即該風光配比方案下,新能源消納能力最大。

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    圖8 第二年風光不同配比下青海電網棄電率

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    圖9 第三年風光不同配比下青海電網棄電率

    如何解決棄風棄光難題?新研究提出電網消納新能源能力最大的方法

    表6 新能源并網規(guī)模優(yōu)化方案三

    因此,建議第一年不新增新能源裝機;第二年可消納新增風電120萬kW、光伏30萬kW;第三年可消納風電共444萬kW,此外可消納光伏40萬kW。

    綜合以上三種新能源發(fā)展策略,可探索出電網新能源消納能力最大的方案,即尋找風光最優(yōu)配比方案。

    結論

    1)電網不同負荷水平或外送曲線直接影響電網新能源消納能力。

    2)基于新能源消納能力,提出通過尋找風光最優(yōu)配比,可探索出電網新能源消納能力最大的風光發(fā)展策略,為后續(xù)全國新能源并網規(guī)模及配比方案提出指導性意見及思路,避免大量的棄風棄光現象發(fā)生。