風(fēng)電消納關(guān)鍵問題及應(yīng)對措施分析

朱黎

【摘 要】針對大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)給電網(wǎng)安全運行帶來的新問題和新挑戰(zhàn)，在分析中國風(fēng)電發(fā)展特點的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、電網(wǎng)輸電能力、風(fēng)電技術(shù)性能、風(fēng)電調(diào)度運行水平等角度論述了影響風(fēng)電消納的關(guān)鍵因素。并根據(jù)中國特點，從加強調(diào)峰電源和跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)、突破風(fēng)電并網(wǎng)運行關(guān)鍵技術(shù)、建立完善風(fēng)電發(fā)展的配套政策措施等角度，提出了促進中國風(fēng)電消納的應(yīng)對措施。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電消納；關(guān)鍵問題；應(yīng)對措施

風(fēng)能資源是清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是目前新能源發(fā)電中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。積極開發(fā)利用風(fēng)電，對增加中國能源供應(yīng)、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義[1]。隨著風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中的比例不斷增大，其對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的影響日益顯著。部分地區(qū)風(fēng)電發(fā)展與系統(tǒng)安全運行的矛盾逐步顯現(xiàn)，棄風(fēng)現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，風(fēng)電消納已經(jīng)成為影響中國風(fēng)電健康發(fā)展的關(guān)鍵問題。本文在分析了影響風(fēng)電消納的關(guān)鍵因素基礎(chǔ)上，提出了促進風(fēng)電有效消納的措施和建議。

一、影響風(fēng)電消納的主要因素

風(fēng)電消納是當前風(fēng)電快速發(fā)展過程中需要解決的主要問題，影響風(fēng)電消納的因素可歸為2個方面。一是消納能力方面，決定一個地區(qū)風(fēng)電消納能力的主要因素包括系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、電網(wǎng)輸電能力等；二是消納水平方面，主要包括風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)性能、風(fēng)電調(diào)度運行水平等，這些因素決定了在現(xiàn)有客觀條件下，能否實現(xiàn)風(fēng)電的最大化消納[2]。

1.系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力

風(fēng)能具有間歇性、波動性、隨機性的特點。此外，從風(fēng)電的年出力特性看，中國大部分地區(qū)的風(fēng)電年出力呈現(xiàn)春季、冬季較大，夏季、秋季較小的特點；而從日出力特性看，中國風(fēng)電出力多數(shù)是在白天負荷高峰時段較小，后半夜負荷低谷時段較大，呈現(xiàn)明顯的反調(diào)峰特性。風(fēng)電的大規(guī)模接入給電力系統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)峰帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)[3]。因此，良好的電源結(jié)構(gòu)和充足的備用容量是風(fēng)電消納的基礎(chǔ)，風(fēng)電開發(fā)客觀上需要一定規(guī)模的靈活調(diào)節(jié)電源與之相匹配。

2.電網(wǎng)輸電能力

風(fēng)電的隨機性和間歇性特點使得大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，系統(tǒng)對備用容量的需求大幅增加。通過提高電網(wǎng)輸電能力，可以擴大風(fēng)電平衡區(qū)域范圍，充分利用系統(tǒng)備用容量，并可根據(jù)不同地區(qū)負荷峰谷的時間差消除風(fēng)電出力波動性對系統(tǒng)的影響，提高風(fēng)電并網(wǎng)消納規(guī)模。

3.風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)性能

中國風(fēng)電發(fā)展起步相對較晚，也沒有強制性的風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)標準。大部分設(shè)備制造企業(yè)依靠引進國外設(shè)計圖紙生產(chǎn)組裝風(fēng)電機組，自主研發(fā)能力不足，已并網(wǎng)的風(fēng)電機組大部分不具備有功、無功調(diào)節(jié)能和低電壓穿越能力，風(fēng)電場自動化水平較低，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來了隱患。

4.風(fēng)電調(diào)度運行水平

做好風(fēng)電的調(diào)度管理，合理安排系統(tǒng)中其他電源的運行模式，是實現(xiàn)風(fēng)電電量最大化消納的關(guān)鍵。而建立完善的風(fēng)電運行監(jiān)測體系和風(fēng)電功率預(yù)測預(yù)報機制，是實現(xiàn)風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度的前提條件。從技術(shù)角度而言，目前中國的風(fēng)電功率預(yù)測已取得了顯著成績。基于數(shù)值天氣預(yù)報的數(shù)據(jù)，采用物理方法、統(tǒng)計方法和物理與統(tǒng)計相結(jié)合的風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)研究已取得了階段性成果。中國電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院均推出了商業(yè)化運行的風(fēng)電預(yù)測預(yù)報產(chǎn)品，預(yù)測精度已經(jīng)接近國外先進水平。但從功率預(yù)測系統(tǒng)覆蓋范圍的角度而言，中國則與國外風(fēng)電發(fā)達國家存在明顯差距。一般地，電網(wǎng)調(diào)度部門和風(fēng)電場端都應(yīng)該安裝滿足精度要求的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，中國風(fēng)資源豐富的省級電網(wǎng)均安裝了風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，可根據(jù)預(yù)測信息進行一定程度上的優(yōu)化調(diào)度。但絕大多數(shù)風(fēng)電場還沒有配置風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，也不具備風(fēng)電發(fā)電計劃上報和執(zhí)行功能，不利于系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，也影響了風(fēng)電的最大化消納。

二、風(fēng)電消納關(guān)鍵問題的應(yīng)對措施

1.加強跨區(qū)電網(wǎng)和調(diào)峰電源建設(shè)力度

系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和電網(wǎng)輸電能力是影響風(fēng)電消納能力的最主要因素。為滿足風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展需要，迫切需要加強調(diào)峰電源的建設(shè)。中國貧油少氣，建設(shè)抽水蓄能電站是發(fā)展調(diào)峰電源的現(xiàn)實選擇。東北、華北、西北等地區(qū)風(fēng)電消納能力不足，迫切需要加強跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)，擴大風(fēng)電消納范圍，將“三北”地區(qū)風(fēng)電輸送至中東部負荷中心，充分發(fā)揮不同地區(qū)移峰錯峰，水、火、風(fēng)互濟的效應(yīng)，實現(xiàn)風(fēng)電的有效消納。

2.大力突破風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)

風(fēng)電并網(wǎng)的運行調(diào)度技術(shù)水平是影響風(fēng)電有效消納的關(guān)鍵因素。為保證中國風(fēng)電大規(guī)模接入電網(wǎng)后電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，提高風(fēng)電利用水平，應(yīng)加強風(fēng)電場功率預(yù)測、風(fēng)電場監(jiān)控、風(fēng)電機組/風(fēng)電場有功和無功控制、風(fēng)電機組故障穿越等關(guān)鍵技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。

第一，風(fēng)電場功率預(yù)測，應(yīng)著重研究風(fēng)電功率預(yù)測模型，建立高精度數(shù)值天氣預(yù)報生產(chǎn)系統(tǒng)，結(jié)合短期、超短期等多個時間尺度的功率預(yù)測結(jié)果，提高風(fēng)電功率預(yù)測精度。同時，加強風(fēng)電場的功率預(yù)測系統(tǒng)建設(shè)，提高風(fēng)電功率預(yù)測的覆蓋率。建立風(fēng)電發(fā)電計劃的上報和執(zhí)行等制度，做好風(fēng)電的優(yōu)化調(diào)度。

第二，風(fēng)電場監(jiān)控，根據(jù)相關(guān)標準和規(guī)范的要求，加強對風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)的全方位監(jiān)測，督促風(fēng)電場建立和完善其監(jiān)控系統(tǒng)，開展與調(diào)度控制系統(tǒng)的互聯(lián)接入技術(shù)研究，為電網(wǎng)調(diào)度部門調(diào)度和控制風(fēng)電場提供支撐。

第三，風(fēng)電機組/風(fēng)電場有功控制，應(yīng)著重開展風(fēng)電機組有功功率在線調(diào)節(jié)技術(shù)研究，并結(jié)合風(fēng)電功率預(yù)測信息開展風(fēng)電場有功優(yōu)化控制技術(shù)研究，從風(fēng)電機組和風(fēng)電場2個層面實現(xiàn)風(fēng)電的有功控制。

第四，風(fēng)電機組/風(fēng)電場無功控制，應(yīng)著重研究風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功支撐能力，在此基礎(chǔ)上，充分利用風(fēng)電場內(nèi)的各種無功源，尋求合理有效的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)控策略，實現(xiàn)風(fēng)電場的無功優(yōu)化控制。同時，從千萬千瓦級風(fēng)電基地角度研究電壓無功補償和控制的系統(tǒng)解決方案，增強風(fēng)電基地的電壓穩(wěn)定性。

3.完善風(fēng)電發(fā)展的政策措施

風(fēng)電發(fā)展配套政策，包括技術(shù)方面的標準規(guī)范和經(jīng)濟層面的補償機制，是目前制約中國風(fēng)電最大化消納的重要因素之一。

第一，建設(shè)并完善風(fēng)電設(shè)備、并網(wǎng)、檢測、調(diào)度管理等方面的標準規(guī)范體系，規(guī)范風(fēng)電的設(shè)備制造、并網(wǎng)接入、調(diào)度運行，引導(dǎo)風(fēng)電技術(shù)和管理水平的提升。

第二，建立風(fēng)電配套輸變電工程、跨區(qū)交易和調(diào)節(jié)的補償機制，提高電網(wǎng)企業(yè)建設(shè)配套接入工程的積極性，鼓勵負荷中心消納區(qū)外風(fēng)電，并對常規(guī)電源以及為風(fēng)電調(diào)峰提供合理的補償。

第三，制定合理的電價政策，在發(fā)電側(cè)和用電側(cè)均建立峰谷電價甚至分時電價，加強需求側(cè)管理，一方面鼓勵常規(guī)電廠在低谷時刻主動為風(fēng)電騰出空間，另一方面也是調(diào)節(jié)用戶的用電習(xí)慣，鼓勵使用低谷電力，從而促進風(fēng)電的消納。

三、結(jié)論

綜上所示，本文針對大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)給電網(wǎng)安全運行帶來的新問題和新挑戰(zhàn)，從系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、電網(wǎng)輸電能力、風(fēng)電技術(shù)性能、風(fēng)電調(diào)度運行水平等角度論述了影響風(fēng)電消納的關(guān)鍵因素。并根據(jù)中國特點，從加強調(diào)峰電源和跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)、突破風(fēng)電并網(wǎng)運行關(guān)鍵技術(shù)、建立完善風(fēng)電發(fā)展的配套政策措施等角度，提出了促進中國風(fēng)電消納的應(yīng)對措施。

【參考文獻】

[1] 魏曉霞.中國大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)[J].中國能源，2015（2）：19-22.

[2]黃怡，張義斌，孫強，等.適應(yīng)中國風(fēng)電高速發(fā)展的舉措建議[J].能源技術(shù)經(jīng)濟，2017，22（3）：18-21.

[3]尹明，王成山，葛旭波.風(fēng)電網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)評價研究綜述[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2014，22（5）：103-108.