新能源電力系統發展前景

藥煒+張凱

【摘要】：大規模新能源電力消納是當前電力系統亟待解決的問題。根據當前新能源發電并網情況，在結合當前電力系統發展現狀的基礎上，從我國電源結構、新能源發電特性、新能源電力調度模式、新能源電力外送能力以及新能源與傳統能源發電間的經濟問題共五個方面，總結了阻礙新能源消納的影響因素；針對各影響因素，列舉歐美新能源發電較為發達的國家其相應的解決措施；借鑒國外消納大規模新能源電力的成功經驗，提出針對我國當前及未來電力系統發展趨勢可采取的消納大規模新能源電力的措施。

【關鍵詞】：新能源電力；發展現狀；發展前景

引言

電力系統暫態穩定直接法因計算思路簡潔、計算速度快、能快速提供穩定結果的優點而倍受電力科研人員青睞。該算法最早主要基于傳統模型的直接法（相關不穩定平衡點法、勢能邊界面法、靜態擴展等面積準則），使用于電源結構單一、運行特性穩定的傳統電網，并未突破考慮大規模新能源并網的復雜運行工況等，很難用于電源結構多樣的大電網暫態穩定計算。目前，高比例新能源接入的大電網計算已成為當前穩定性仿真計算的主要關注點，而新能源占比越高，系統運行的時變性越大。本文在時變因素分析研究（改進式EE-AC）的基礎上，以強時變因素影響下對在運行軌跡中等效機群進行動態化分群，識別出含新能源的臨界機群，細化動態過程的分群方式，并分析新能源集群若干等效功角對分群方式的影響，驗證動態過程時變因素下分群方式的有效性。測試系統采用西北某省級新能源高占比電力系統。

1、新能源電力系統概況及特點

對于傳統的電力系統，主要是以天然氣、煤炭、石油等一系列的一次性能源作為電力系統的重要能源。隨著科學技術的日益更新，可再生能源的出現逐漸大規模開始替代傳統的能源系統。二者之間最為重要的差別就是前者能夠進行存儲，有著較為穩定的發電空間模式，電力系統的雙側供應可調可控；然而后者主要是以再生能源為主要發電能源，其有著不可存儲的特性，因此不確定性就更為明顯，電力系統的雙側供應可調可控性較差。新能源的出現，就是為了能夠彌補可再生能源的可調可控性不足，通過新能源電力系統的獨特方式和創新技術，使電力系統能夠在保證可調可控更穩定的狀態下，保證可再生能源得到更加安全、高效的應用。

2、新能源電力系統發展前景

2.1太陽能

當前，光伏發電已經應用在電力系統中，許多農村偏遠地區已經通過光伏發電來解決電力資源緊張的問題。太能能電力系統供給不僅能夠解決偏遠農村地區用電問題，而且在補充傳統電力資源、供給工業發展等方面也發揮了重要作用。

2.2儲能技術在光伏并網中的應用

系統瞬時功率平衡水平問題是光伏并網中存在的主要難題，在光伏并網中運用儲能技術，在很大程度上能有效的解決這一難題。在光伏并網負載功率等脈動形勢下，可有效應用儲能技術的無源式并聯儲能方案，使得蓄電池的充放電電流更加平滑。無源式并聯儲能方案通常應用于獨立光伏系統。另外，也可以應用混合儲能系統，對新能源電力系統中的瞬時功率的平衡性進行處理。組合磷酸鐵鋰電池（見圖1）、超級電容，需要注意的是，超級電容具有很高的功率密度，磷酸鐵鋰電池具有很大的能量密度，將兩者組合之后，應科學合理的設置控制結構和方式，以最大程度的發揮出其效用。據相關的仿真試驗結果證明，對于新能源電力系統的運行穩定性問題，適當的應用混合儲能系統，可以有效的提高電力系統的運行穩定性。

2.3風能

風力發電是利用風能這一可再生清潔能源來發電。由于沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染，符合“節能減排、低碳生活”的理念，風力發電技術還可以靈活應用，既可以并網運行，也可以離網獨立運行，還可以與其他能源技術組成互補發電系統。如今在可再生資源的成本上來看，風力發電性價比最高。在發展風能的過程要全方面考慮，對當地的風資源利用作出評估。另外在建設風力發電站的過程中也要考慮到降低設備采購成本和運行維護成本。其中面臨主要的問題是對風機核心技術掌握較少，包括變頻控制、風量捕捉、機械工業等。電網側方面，由于風能本身的特性以及電網的穩定性要求造成無法滿足大容量風機接入的要求。因此要針對這些問題作出改進，將促進風電產業健康發展。

2.4提高我國新能源發電預測技術

國內學者在新能源發電預測技術方面取得了一定的研究成果。文獻[52]表明利用風電功率預測的手段提高電網的調峰能力是可行的，而且風電功率的預測誤差對電網的調峰能力極限影響很大，預測誤差小，調峰能力提高較為明顯。文獻[53]研究在系統容量為606MW，原預測精度為20%時，若系統預測精度提高2%，可提高系統接納風電容量最高達10%，但是預測精度對系統提高接納風電容量是有條件的，只有當預測精度在一定范圍內變化時，預測精度提高才可以提高系統接納風電的容量；文獻[54]研究得出在風電裝機容量為系統負荷的20%時，風電功率預測誤差由20%提高至15%時，可以減少風電限電量14.71%。文獻[55]指出采用集合預測法對光伏發電預測的準確率和穩定性最高，尤其適用于棄光限電地區，預測準確率可達89%以上。總的來說，新能源發電預測技術對于新能源并網影響顯著。

2.5生物能

生物能主要是發展沼氣、作物秸稈以及廢棄物等生物質能，這些能源供給原材料我國資源同樣豐富。為了更好地推廣應用生物能電力資源，目前我國計劃建設兩百多個生物綠色能源示范縣，并且給予一定的政策和資金支撐，這些建設規劃以及政策保障對我國發展生物能電力具有重要的推動作用。

結語

綜上所述，在今后一段時期內，新能源電力系統優化控制方法及關鍵技術創新發展是我國需要不斷深入研討的一項重要內容，只有真正實現電力系統多項能源互補，能源之間協調存儲，才能夠最大程度充分利用可再生能源，最終使得可再生能源成為我國電力系統之中的首選。

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