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风电消纳问题研究

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《电气制造杂志》2014年第七期

1制约风电消纳的技术原因分析

1.1风电场方面因素由于风能具有随机性和间歇性的特点,且存在局部反调峰状况,风电机组产生的电能相对于常规电源,存在电压、电网稳定性等问题[5,6]。由于目前风电检测机构有限,检测能力不足,造成风电并网检测不全面,绝大多数风电机组不具备电压调节、无功调节、有功控制和低电压穿越能力,在电网发生故障时,无法保证继续并网,风电场拖网将直接威胁电力系统安全稳定运行。

1.2电网方面因素电网的负荷水平和峰谷差率决定了允许风电接入电网的容量,电网的调峰能力和最小开机出力则约束了并网风电的规模,而电源结构比例与风电接入规模也有着密切的关系。(1)大规模风电并网加大电网安全运行风险相对于欧洲风电分散式、小规模和接入中低电压等级的特点,我国风电发展是大规模集中接入中高压电网。随着装机容量的增加,风电对电网的影响逐渐从局部配电网发展到主网架。由于目前网架结构相对薄弱、缺乏电源支撑,风电的波动性和反调峰特性,使远距离大容量输电方式严重影响电网安全稳定运行风险[7]。大规模接入电网的风电场即使发生较小故障也有可能造成接入电网的电压波动,由于风电机组低电压穿越能力较差,容易引起拖网运行,甚至导致区域电网震荡,引发停电事故。因此,出于电网安全运行考虑,风电大规模并网发电也受一定限制。(2)配套电源建设与风电规划不协调由于风电的随机性和不确定性,且具有反调峰性,大规模风电并网需要电网配备相应的足够容量调峰调频电源。因此,其他电源的调节能力是决定电力系统可接纳风电规模的关键因素[8]。欧美等国在大力发展风电的同时,注重建立配套的灵活调节电源,如抽水蓄能电站、燃油燃气电站等[9],如图4所示。而我国风电集中的“三北”地区主要以煤电为主,且供热机组不参与调峰,水电装机偏少,系统调峰调频能力不足。尤其在北方冬季时,供热机组抢占了风电的供电容量,造成大量的“弃风”现象。随着风电的快速发展,系统调峰压力日益增大。(3)调度模式不合理限制风电消纳目前采用的分省电力平衡调度方式不利于风电在区域范围内消纳,分省就地平衡的调度方式,意味着风电的波动性、间歇性和反调峰特性等均需在本省范围内进行平衡。随着风电比例扩大,省内平衡无法满足风电在区域电网范围内消纳,制约风电的消纳。

2制约风电消纳的经济政策分析

2.1经济原因分析(1)风电补偿金额不足根据《可再生能源法》的要求,电网企业应当全额收购可再生能源电力,为了支持新能源发展,新能源发电的上网电价也比传统电源要高。因此,电网企业每多收一度新能源电力,就意味着利润相应减少一些。虽然国家对电网企业收购风电给予一定的补偿,但是这些补偿相对电网企业总体收入微乎其微,不足以激励电网企业积极接纳风电。而对于电网不接纳风电没有相应的惩罚,对风电企业造成的损失没有补偿措施,使得电网企业没有压力积极接纳风电。(2)补偿机制不够完善开发大型风电基地涉及的工程项目众多,不仅需要投资建设风电场,同时需要规划建设跨区域高压输电工程,保证风电送出通道的畅通,另外,仍需建设配套调峰电源和无功补偿装置,以保障大功率风电的消纳问题。我国现行标准规定的风力发电接入系统的补贴费用过低,也缺乏完善的配套投资补偿机制,使得配套投资很难按时收回,在客观上限制了风电的大规模开发与消纳。

2.2政策原因分析(1)项目审批漏洞根据政策规定,对于5万kW以上风电项目由国家发改委审批,而5万kW以下的由地方政府审批,地方政府为了快速发展风电,将大型风电项目拆分建设,项目审批的漏洞导致风电建设缺乏统一规划,造成小型风电场飞速增加,电网建设相对风电项目发展落后,风电消纳困难。(2)消纳政策不合理根据政策要求,电网企业需要无条件收购风电,且收购成本不比常规电源低,而由于风电的随机性和波动性特点,电网企业需要付出额外的成本;对于其他电源企业,风电不仅占用了它们的发电空间,还需要为风电提供无偿的辅助服务;对于用户,无法直接从风电企业获得电能。因此,当前电网收购风电的政策无法激励电网、电源以及用户主动积极地消纳风电。所以,在某种程度上,目前电力体制的陈旧,束缚了风电的健康有序发展,有必要探索适合我国未来风电发展状况的新政策。

3提升风电消纳能力的措施

《2013中国风电发展报告》中指出,目前风电存在严重的消纳问题,从直观层面上而言,是由于风电的随机性和不确定性,而实质原因是电力体制和政策机制上未针对风电发展做出相应的调整,以促进风电的健康发展。

3.1大力突破风电并网技术随着风电规模和接入电网比例的快速增加,风电并网将影响电网运行稳定性,提高风电并网技术和控制技术水平是解决消纳问题的重要手段。通过大力突破风电并网技术,使得风电场可以像常规电源一样,具备低电压穿越能力、有功无功功率预测以及在电网故障时保持并网等能力,为电网安全高效接纳大容量风电提供重要的技术保障[10]。

3.2加快“风火打捆”跨区输送通道建设我国风电开发较为集中在“三北”地区,哈密、蒙东和蒙西等风电基地同时具备大规模火电和风电开发的条件,由于风电利用小时数较低,单独输送风电线路利用效率低,需要和其他能源联合输送,既可以通过风电与其他能源的相互调节减小输送功率的波动,又可以提高线路的利用效率。传统的单纯输送风电的输电模式如图5所示,风电经输电线路从送端电网输送到受端电网,而煤炭资源经铁道运输到受端电网的火电厂转化为电能。“风火打捆”输送模式如图6所示,在送端电网将煤炭的化学能转化为电能,与风电同时经输电线路从送端电网输送到受端电网,其联合运行示意图如图7所示。图7风火打捆联合运行示意图采用风火打捆输送方式,通道利用小时可达到6000~7000h,其中风电、火电利用小时分别为1800~2200h、5000~5500h。火电容量及风电保证容量均可参与电力平衡,容量效益较好。风火打捆输送风电,通道年输送电量高,电网设备利用率高,机组替代率高。

3.3完善风电并网政策法规(1)实行风电与电网统一规划解决风电与电网统一规划问题,重点应解决中央规划和地方规划相协调、电源规划与电网规划相协调。综合考虑风电基地电网结构、电源结构和风电消纳等问题,完善电力发展规划,保证风电开发规模、开发时序和配套电源电网建设协调发展。优化调整电源结构,开发建设抽水蓄能、燃油燃气机组等灵活调峰机组,保证电网安全稳定运行。(2)建立合理的风电补偿机制与欧美等国分散式、小规模风电发电模式不同,我国主要采取大规模远距离输送的发展模式,因此,需要尽快建立适合我国国情的电价补偿机制。目前采用的以千瓦时为补贴计量单位不适用于大规模远距离输电模式,不利于调动电网企业的投资积极性,因此,需要单独测算电价以补偿电网企业的投资和运行成本。(3)完善检测认证体系建立并完善包括风电机组并网检测、风电场并网检测、风电机组设备认证在内的风电检测认证体系,规范风电设备制造和并网接入,引导风电技术和管理水平的提升。

4结束语

大规模风电开发并网不仅对电网安全稳定运行造成影响,同时对相关政策法规提出了更高要求,风电消纳问题已成为制约风电健康发展的重要因素。本文在分析我国风电发展特点的基础上,论述了制约风电消纳的关键因素,提出了解决风电消纳的主要措施,包括大力突破风电并网技术、加快建设跨区域输电通道及完善相关政策法规等,对保证大规模风电消纳具有重要意义。

作者:曹卫琴单位:国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心

电气制造杂志责任编辑:xchen1    阅读:人次
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