提高山東省接納風電容量方法研究

朱春萍，趙 龍，朱子釗，閆百祥

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

隨著山東省風電裝機容量的快速增長和風電場規模的不斷擴大，風電對電網安全運行的影響日益顯現，對電網調峰能力提出更高要求。而山東電網是一個以火電為主的系統，電網調峰能力有限，因此，在電網調峰能力相對不足時期，受當前技術制約需大規模調整風電場的運行方式。

1 山東省風電發展和消納現狀

2011年12月15日，國家能源局公布了《可再生能源發展“十二五”規劃》，明確提出重點建設“三北”（東北、西北和華北）和沿海地區千萬千瓦級風電基地，包括河北、內蒙古東部、內蒙古西部、甘肅酒泉地區、新疆哈密地區、吉林、黑龍江及江蘇和山東沿海等地區。為響應規劃，山東省提出到2015年山東省風電裝機容量計劃達到800萬kW的目標。風電的大規模接入，將面臨電網接收能力、消納能力等一系列難題。

山東電網基本是一個純火電系統。截至2011年底，全省煤電裝機仍占到總裝機容量的92%，且供熱機組比重較大，具有良好調峰能力的水電和抽水蓄能裝機僅占1.6%，電網調峰能力有限。截至2011年底，山東省并網風電容量達到246.5萬kW，主要分布在沿海的濱州、東營等7個地區。 山東省風電場建成后均能及時并網，風力發電全部優先上網并在山東電網內消納，未發生過非正常脫網事故，除春節期間按照省經信委、省電監辦要求參與電網調峰外，未發生過棄風現象。2011年山東省風電消納情況詳見表1。

表1 2011年全年山東省風電消納情況

春節期間，要求風電參與調峰，是因為山東省風力發電受氣候影響，呈現明顯的逆調峰特性［1］。春節期間，是山東省的大風期，而山東電網日最小負荷相對最小，且因處于供熱期，電網調峰能力相對不足，電網無法消納所有風電，因此，要求風電場參與調峰。受運行經驗和技術的限制，春節期間要求大規模調整風電場運行方式。

因此，根據運行經驗，風電場大規模發展的瓶頸主要是電網調峰能力不足導致的消納能力問題。

2 山東省風電消納能力

按照電力平衡法測算山東電網消納風電電力的能力時，根據各月份最大負荷、區外來電和負荷備用（銀東直流單極停運備用，200萬kW）確定省內電源開機容量，綜合考慮各月最小負荷、煤電（含供熱機組）及區外來電調峰能力、低谷負荷備用（5%）等因素，確定山東電網消納風電的能力。即山東電網消納風電的能力＝開機機組最大出力＋區外來電－調峰容量－最小負荷－低谷負荷備用。

2012—2015年，山東省規劃的電源投產后，預計2015年山東省最小調峰盈余約210萬kW，遠小于山東省規劃的風電裝機容量。

因此，不論從目前山東電網的運行情況看，還是規劃的2015年，限制風電場大規模發展的主要因素是電網調峰能力不足。在電網調峰能力不足階段，電網不具備消納規劃的所有風電的能力。尤其是在冬、春兩季，正逢供熱期，電網調峰能力相對不足，大規模風電并網將給電網調峰和安全運行造成一定的影響。

3 山東省風電出力分布特性

以2010年各月份的風電出力數據為例，對其進行歸一化處理。

式中：Pi為各時刻風電場總出力；PI為各時刻風電場并網容量；Pi*為各時刻風電場相對出力水平。

將逐時點（每15 min測一次）的風電出力數值除以風電并網規模，得到逐點的風電出力水平。將逐點風電出力預測數據乘以其時間尺度（15 min）得到電量值，然后將該月逐時點的風電電量值相加，得到該月的風電電量值。2010年各月風電出力見圖1～圖12。

圖1 2010年1月各時刻風電場出力

圖2 2010年2月各時刻風電場出力

圖3 2010年3月各時刻風電場出力

圖4 2010年4月各時刻風電場出力

圖5 2010年5月各時刻風電場出力

圖6 2010年6月各時刻風電場出力

圖7 2010年7月各時刻風電場出力

圖8 2010年8月各時刻風電場出力

圖9 2010年9月各時刻風電場出力

圖10 2010年10月各時刻風電場出力

圖11 2010年11月各時刻風電場出力

圖12 2010年12月各時刻風電場出力

可以看出，山東省風速比較大的時間是1—4月及11—12月，即春季和冬季，風電場出力最大能達到風電場裝機容量的80%多。而5—10月風電場出力相對較小，大部分時間風電場出力在裝機容量的60%以下。

同時可以看出，大部分時間風電場出力均在其裝機容量的50%以下，即風電場出力大于其裝機容量50%所發的電量是很小的。

以2010年2月為例，對其數據進行歸一化出力后，認為山東電網并網風電容量為1。根據以上數據，對2月風電場出力高峰值的電量進行計算。

式中：Pi*為各時刻風電場相對出力；Px為控制風電場最大出力。

對式（3）求解得，Px＝0.53。 即考慮放棄風電場出力峰值的5%電量，則僅損失出力大于0.53的部分電力。據此，若允許調整風電場運行方式，適時參與電網調峰，則能夠提高風電場并網容量。以2010年2月為例，若該月山東電網能夠消納風電的容量為1，則通過放棄5%風電峰值理論出力，可將電網允許的風電場并網容量提高至1.89。

4 結語

隨著山東省風電場開發的不斷深入，風電場大規模開發的主要瓶頸是電網調峰能力不足導致的消納能力問題。尤其是在冬、春兩季，正逢供熱期，電網調峰能力相對不足，大規模風電并網將給電網調峰和安全運行造成一定的影響。

山東省風電場具有春季和冬季出力大的特點，大部分時間風電場出力低于風電場裝機容量的50%以下，即風電場出力大于其裝機容量50%所發的電量較小。以2010年2月為例，風電場大于其裝機容量53%的出力之和為該月風電場總發電量的5%。若該月山東電網能夠消納風電的容量為1，則通過調整風電場運行方式，放棄5%風電峰值理論出力，可將電網允許的風電場并網容量提高至1.89。

因此，在實際運行中，若允許風電場參與調峰，即在電網調峰能力充足時不干預風電出力，在電網調峰能力相對不足時合理調整風電場運行方式，可充分挖掘山東電網接納風電的能力，提高山東電網并網風電容量。同時，該方法對電網運行部分及各風電場的運行、管理提出了更高的要求。

［1］段忠峰，沙志成，董霜.山東地區風電場功率特性及其負荷相關性分析［J］.中國勘察設計，2012（2）：68－72.

［2］汪寧渤，王建東，何世恩.酒泉風電跨區消納模式及其外送方案［J］.電力系統自動化，2011，35（22）：82－89.