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【解析】光伏风电互补如何解决并网难题?
只在乎你 2014-11-30 来源: 网易
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OFweek太阳能光伏网讯:随着经济迅猛发展,对能源的需求量越来越大,有限的能源储藏量和无限增长的能源需求量造成了能源供需之间存在严重的不平衡。资源的过度开发,使得生态环境受到严重的破坏,传统能源严重短缺,能源争夺的问题愈演愈烈。新能源的开发和利用,全球能源发展的大势所趋,是缓解能源供需压力的有效途径。相对于传统能源来说,风能、太阳能作为可再生能源,发展潜力巨大,综合效益高。如今,大力开发新能源,重视风能、太阳能的开发和利用,能为全球能源领域的研究重点和热点。

新能源产业的发展受到国家的高度关注,并颁发了一系列的政策法规对新能惊产业的发展给予大力的支持,为新能掘的开发和利用提供政策和资金保障。近年来,我国的风电场和光伏电站发展迅速,规模和容量不断扩大,使我国新能源产业进入了一个全新的发展阶段。风能和光能发电随机性强,而且具有明显的间歇性特点,因此在稳定性和安全性方面比传统能源难度更大,要求更高。风电场与光伏电站的并网,给电网调度以及电网安全方面带来了很大的压力,为电网送点质量和功率平稳性带来了明显的冲击。

1、风电和光伏发电的运行特点

风电场中的风电机组的运行是利用风能进行发电,因为风能的随机性和不稳定性,加上空气密度、桨距角的变化使得输出功率的平衡性难以得到保证。风速的变化对输出功率的影响最大,而且随机性强,这是导致风机输出功率变化频繁的主要原因。同时,外部原因,如塔影效应、偏航误差和风剪切等因素,风机的叶轮转动造成影响,转矩的频繁变化造成风机输出功率不稳定。可以说无论是哪种因素引起的风机输出功率的波动,都会影响电压的稳定性,使电压处于频繁波动状态。

光伏发电是将太阳光能运用半导体界面进行转变使其转换为电能。但是光伏发电稳定性不高,调节能力薄弱,气候条件是影响光伏发电电量的主要因素,特别是夜晚或者阴雨天气的条件下,发电量很少甚至不发电。实施并网为了有效增加风电场与光伏电站的容量,促进新能掘产业的发展,然而在并网的过程中将二者有机的结合,既保证发电量能够不断增加,同时又要注意保持电网运行的安全性和稳定性,这是并网急需解决的或者重点问题。

风电具有随机性大的特点,风力大小变化使得出电量也随之不断变化,而光伏受昼夜以及气候影响很大,即使是多云的天气,光伏出电量也是时有时无,或多或少。由此可见,无论是风电还是光伏发电都具有多变性,而这一特性又造成了对电网冲击的频繁变化,由此带来的最直接的影响就是电压波动性大而频繁。当电网发生故障时,无论是直驱风机还是逆变器都存在低电压穿越的过程,无法提供充足的无功,这样就会造成电网系统电压在较长一段时间内跌幅震荡,从而容易造成大面和脱网事故的发生。为了有效的解决这一问题,目前最好的方法就是利用无功功率补偿器对电网进行无功补偿,以实现风电场与光伏电站的有机结合。

2、呼伦贝尔风能和太阳能的分布与开发

内蒙古呼伦贝尔属于温带季风气候,全年季风气候时间可长达六千小时以上,平均风速也在每秒三米以上,满足风力发电对于风力连续性以及风速的要求。特别是冬季较之我国其它地区都要长,受来自于西伯利亚寒流的直接影响,在强冷空气的冲击下,会产生持续的强劲的风力,由此产出丰富的风力资源,而且风能密度高。风能发电有效的减少了不可再生能源的供应压力,而且具有持续性高,绿色环保的特点。呼伦贝尔凭借得天独厚的风力资源和太阳能资源条件(见下表1),只要开发利用得当,能够有效的缓解传统能源供需压力,解决生产和生活中能源短缺的问题。

 

3、风电对电网的影响

在内蒙古地区,风电的反调峰特性表现非常明显,在夏季,气候干燥炎热,农田灌溉、畜牧养殖、居民生活用电负荷大幅度增加,属于用电负荷的高峰期,而在此季节,风力条件处于年度的低谷期,风力发电量在年度发电量中所占比例很小。在冬春季节,用电负荷相对于夏季明显减少,而此期间又是风力资源丰富的时期,特别是冬季受西伯利亚寒流的劲风影响,风力较大,持续时间也较长,春季受暖湿气流的影响,气温逐渐回升,多刮东南风。受季节气候条件的影响,风电的反调峰特性显现,参见下图1:

在内蒙古风电机组并网的过程中,电网系统的安全性和稳定性面临着冲击,特别是在系统联络线以及调峰方面,困难较大。在冬季,供热机组的调峰相对薄弱,随着峰谷差的不断拉开,电网负荷的调整面临的压力也越来越大。风电并网的不断推进,也逐渐有新的问题显现出来:

(1)对电网联络的影响

风电场的并网虽然在一定程度上使容量增加,但是其所特有的不稳定性特点对电网联络线运行的稳定性和安全性会有→定程度的影响。随着运行方式的变化,风电出力的上下波动带动了联络线传输功率也随之波动,联络线很容易发生过载的情况,对电网联络稳定性的影响会越发明显。

(2)对电网调峰的影响

随着风电并网的进行,容量大量增加,相应的电网系统的备用容量就需要随之增加,以免在突然没风的情况下风机大面积发展脱网的情况对系统造成显著的影响。如果在用电负荷较低的情况下,为了防止风电突然大发对系统频率的影响,就需要将部分机组的运行情况进行调整或者停止,因此,电网系统对于风电的反调峰的应对措施从根本上来看是以牺牲其稳定性为代价的。

(3)影响电网故障的发生率

风电机组数量的不断增加,并网的不断推进,风电运行中所具有的不确定因素对于电网系统的整体安全增加了一些不确定的安全威胁,使电网故障率增加。同时,当电网发生故障时,因为动作行为不能做到快速统一,不仅容易造成保护动作的误操作,严重的还会使故障加重。

(4)对电网电压的影响

风电机组在并网的过程中需要吸收电网系统的无功功率作为支持,从而导致电网电压的突然降低,而在脱网的过程中又会造成电压的突然升高,这就需要对电压进行科学合理的控制和调整,以争取最大程度上保持电压的稳定,从而保证电网运行的稳定性。从呼伦贝尔现有投产运行的风电机组来看,在对动态电压的控制方面的技术还不够成熟,无功支持不充分必然会在并网过程中吸收大量的无功功率,对电网电压的稳定性造成严重影响。

4、风光互补的可行性和优越性

4.1、光伏发电的优缺点分析

光伏发电的优点在于资源的无限性和可再生性,取之不尽用之不竭,同时使用起来安全性和可靠性高,没有噪声污染而且绿色环保。同时光伏发电与传统能源发电相比不收资源分布空间的限制,可使用范围广泛,不需要消耗其它的燃料能源。光伏发电在工程项目的建设上相对建设周期短,能够很快的投入运行。其缺点在于在能力分布需要占用大面积,分布密度相对小得多,能源、量受季节、气候、天气情况、昼夜交替等因素的直接影响,具有不确定性,成本投入上相对较高。

 

4.2、风光互补的可行性分析

4.2.1、运行成本低经济性好

近年来,随着内蒙牧区经济的不断发展,牧民生活水平逐年提高,牧民用电量也与日俱增,而作为容量更大、发电更为方便的“风光互补”发电设备,是将风能资源、太阳能资源、进行优势互换,具有清洁环保的作用,是一种较之以前的老式风力发电设备更为充足的照明系统,受到牧民们普遍青睐。同时,风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的,所以风光互补发电系统的造价可以降低,系统成本趋于合理。实施风光互补,使电力设施占用的土地得到更加高效的利用,减少了土地资掘的浪费,而且在生产运行的过程中不会对环境造成污染,更不会有废弃物的排放,符合现代节能减排,绿色环保的主题要求。

同时,设备兼容性好,二者对站内很多设备能够共同使用,不仅有效的节省了设备方面的成本投入,而且使已有的设备利用率大大提高,真正的做到高效、节约。却14年,内蒙古大唐风电风光互补电场总发电量为14021.061万kWh,风机9829.837万kWh,光伏4191.224万kWh;上网电量为13857.034万kWh,风机上网电量为9714.842万kWh,光伏上网电量为4142.192万kWh;综合场用电量为189.36万kWh,站用电量为60.515万kWh:风机设备可利用率为98.68%,光伏设备可利用率为99.23%。

其中,风机上网电价为0.51元kWh,光伏上网电价为1.15元/kWh。截止2014年12月底,公司全年累计完成利润总额1283万元,投资收益率高达11.660%,明显高于中国华电集团公司要求新能源项目进入运营期达到8%的收益率标准。以上分析表明,风电场配以适当的光伏容量,不但增加了供电的可靠性和稳定性,而且经济效益十分显著,风光互补并网发电的模式应该得到更加广泛的推广。风光互补电场的建设不但充分利用了当地的风能、光伏资源,还改善了当地的环境状况,减少了沙尘对环境的危害,且在增加地方税收,促进就业等方面也带动了地方社会经济的发展。

风光互补发电系统是科学利用自然资源的新成果,它有如下诸多优势。利用风能、太阳能的互补性,可弥补单一风电和光伏发电系统的不足,使供电的稳定性、持续性和可靠性得到保障。对强合发电系统进行合理的设计和匹配,基本能够实现连续供电,可获得较好的社会效益和经济效益。风力发电和光伏发电可以实现高低空结合,共用部分道路、设施及建筑,达到集约利用土地的效果。由于共用部分道路、配电设备及建筑,工程造价明显降低。共用'批管理人员和工程技术人员,提高劳动效率,降低运行成本。风光互补的模式不仅占用耕地利用率提高、没有污染,而且能共用站内部分设备使运行成本低,真正实现了“1+1=1”节约模式。

4.2.2、互补效果好

呼伦贝尔地域广阔,白天光照强,到了夜间多风。在夏季和秋季,虽然少风,但是太阳光线强,日照好,光能资源相对丰富。而在冬春季节以多风天气为主,风力大,持续时间长,相对风力资源更为丰富。风能光能正好实现了良好的优势互补,补充了各自单独运行的不足,更减少了单独运行对整个电网系统的不利影响。随着内蒙古地区电力事业的不断发展,风电技术和光伏技术的不断开发与更新,如今已经建立起风电功率预测系统和能量管理平台,相应的光伏预测和能力管理平台也将建设起来。二者的互补不仅有效的提高资源的利用率,有效的缓解了原有电网系统的供电压力,并对维护电网稳定性和可靠性具有重要的作用。

4.2.3、国家政策扶持

风电和光伏发电都具有绿色环保,而且作为可再生资源,极大的缓解传统能源供应的压力,也正因为如此,国家无论在政策上还是资金上,都在发展风电和光伏发电方面加大了支持力度。颁发了一系列的政策、法规为新能糠的开发和利用提供保障,并在资金方面给予一定的补贴,将开发新能、源,发展风电和光伏发电作为重要课题来抓,发展前景十分广阔。

5、结语

新能源的开发利用为人类社会的发展对能源的需求提供了有效的补充,同时也满足节能环保的绿色主题。呼伦贝尔地区以其得天独厚的地理条件,在风电和光伏发电方面具有明显的优势。随着电网的建设和发展,风电互补必将成为今后的电力行业的发展方向,使内蒙地区的资源优势得到充分的利用和发挥。

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