世界范围风电发展存在的问题,越详细越好.主要是从电力系统这方面考虑

世界范围风电发展存在的问题,越详细越好.主要是从电力系统这方面考虑
世界范围风电发展存在的问题,越详细越好.
主要是从电力系统这方面考虑

世界范围风电发展存在的问题,越详细越好.主要是从电力系统这方面考虑
在发电企业与电网企业的共同努力下,以风电为代表的新能源,正在努力突破制约其发展的瓶颈.
用“爆发性增长”这个词来形容中国当前的风电行业再恰当不过了,从2004年到2008年,中国风电装机容量连续3年增长超过100%.2008年,中国的风电装机容量首次超过500万千瓦,提前完成了国家发改委提出的,要在2010年实现全国1000万千瓦风电装机容量的预期目标.从新增的风机容量的角度看,中国目前在全球排名第二,按照总装机容量计算,中国在全球排名第四.
但是,风作为一种不受人控制的自然资源,它时有时无、忽大忽小.当它作为一种电源接入到电力系统当中时,它的间歇性和随机性增大了电力系统的调峰难度,也给整个系统带来了新的不稳定因素,使得风电的大规模发展面临瓶颈.而以风电功率预测系统为基础的风电调度管理技术、智能电网等为代表的技术手段,正在尝试让风电像传统电源那样可观、可控.
调峰——制约风电最大障碍
电力系统最大的特点是实时动态平衡,也就是要保证每一个时刻所发出来的电与所消耗的电刚好平衡,才能保证电力系统的稳定和安全.在风力发电接入电力系统之前,电力系统面对的是可以预测的负荷和可以控制的电源,在负荷预测的基础上,通过对发电的调度控制来保证电力系统的实时动态平衡.
而作为一种自然资源的风,本身具有间歇性和随机性,当风电作为一种电源接入到电力系统的时候,如果不做预测和调度管理,就需要在电力系统当中留有与风电容量相等的备用容量.这也就是要保证,当无风或者少风的时候,电力系统中的其他电源能够“顶”上来,保证电力系统的正常运行；当有风的时候,其他电源能够“让”下去,使风电接入电网.
这其实造成了很大的浪费,“留备用的方式使其他的火电机组平均负荷率、平均出力下降,从而使得火电厂效率下降、煤耗上升,那么风电省下来的煤,可能由于其他火电厂的效率下降而又消耗掉了.”中国电力科学研究院新能源研究所副总工程师刘纯说.随着我国风电产业发展正在进入快速发展的阶段,按照2007年9月我国发布的《可再生能源中长期发展规划》,到2010年我国风电总装机容量为500万千瓦,2020年达到3000万千瓦.并且由于近几年,中国政府出台了一系列鼓励政策和战略举措,使风电进入了规模发展阶段.
但是,随着风电在电源中比例的增加,电力系统的峰谷差进一步变大,这就需要进行更大幅度的调峰,如果仍然采用电力系统留全部风电容量备用的方式,电力系统将无法正常运行.
“中国的电源结构与国外有非常大的区别.”刘纯说.在欧洲风电发达国家,例如西班牙、德国,它的燃气装机和水电装机容量一直都是大于风电的,这就使得调峰变得更容易,因为燃气、水电机组能够做到百分之百调峰,同时调节速度很快.但是在中国,80%以上是火电机组,其最低调峰极限大致在50%~60%,也就是说如果电力系统的峰谷差大于系统最低调峰极限的时候,如果不对风电进行控制,风电就不能接入到电力系统中来.
因此,电力系统的调峰是制约风电发展最大的问题之一,但是“电力系统的调峰特性是由负荷特性和电源结构决定的,调峰问题虽然反应在电网部门的调度运行上,然而它却不是电网的问题,而是整个电力系统的问题,主要是我国的电源结构问题.”刘纯说.
“预知”风的波动
要解决风电发展的问题,需要改善电源结构,“这是解决问题的根本措施”,增加调峰电源的数量,比如多一些水电的开发,建设一些抽水蓄能电站,每建设一个千瓦的抽水蓄能电站,能够为电力系统提供两个千瓦的调峰能力.在电力系统低谷的时候,抽水蓄能电站可以吸收电力,在高峰的时候放出电力,建设一部分抽水电站可以极大地改善电力系统的调峰能力.
另外,还需要从政策上给予补偿,不仅是对风电产业,还包括其他参与调峰的发电厂,需要建立一种补偿的机制,对为风电调峰的其他发电厂,包括常规火电厂和抽水蓄能电站给予一定的补偿,激励火电厂参与调峰,同时也引导加快抽水蓄能电站的建设,改善电源结构.
但是不管是改变电源结构,还是制定一系列的政策,目前还很难一蹴而就.因此目前以风电功率预测为基础的风电调度管理是“目前投入最少、能够解决问题的方法”,虽然这些技术手段不能从根本上解决风电调峰问题,但在现阶段可以有效缓解风电对电力系统调峰的影响.
其中的一项基础性的技术就是风电功率预测系统.中国的第一个风电功率预测系统是由中国电力科学研究院新能源研究所研发的.国内第一套用于电网调度的风电功率预测系统已经在吉林电网投入运行,这一开发研究项目2008年4月正式启动,2008年9月投入试运行,并于2009年3月19日通过专家验收.
风电功率预测系统是利用由气象部门提供的数值天气预报,作为系统的输入,通过建立风电预测模型,用物理方法和统计方法的预测模型来预测未来某一个时刻、某一片区域的风电场输出的功率.
2008年9月,风电功率预测系统已经在吉林电网投入试运行,到2008年11月全面交由吉林调度中心运行,通过历史数据的不断积累,到2009年3月,整个系统已经进入到了比较稳定的运行状态.“目前整个吉林省预测的平均绝对误差大概在9%左右,效果还是不错的.”刘纯评价道.
未来,这套系统将在黑龙江、辽宁、甘肃、新疆、江苏、河北等省推广应用,“预计到2009年年末2010年年初,这8套系统就能够投入运行.”刘纯说.
当然,风电功率预测系统的应用目前还需要解决一定的政策支持问题.由于电网调度部门面临着风电调峰带来的巨大压力,因此他们对于预测有强烈需求,首先开发了风电功率预测系统并投入运行,“其实整个系统应该从电场做起,因为电场本身有更多的信息,更好的方法应该是由风电场来预测的.”刘纯说.
其实进行风电功率预测不仅会给整个电力系统带来价值,也会给单一的风电场带来效益.首先,对于整个电力系统来说,可以通过预测合理地安排第二天的火电和其他常规发电机组的发电计划,合理安排备用容量,使火电机组负荷率提高,煤耗下降,以提高整个电力系统的运行效益.其次,通过合理安排电网的运行方式,可以保证整个电力系统和风电场的安全运行.第三,风电场可以根据预测的结果来合理安排检修的时间,减少风机检修损失电量,提高经济效益.
在西班牙,风电场的风电功率预测是强制执行的,它与电价挂钩,如果风电场希望获得更高的上网电价,那么它就必须进行预测.同时风电预测的结果对电价也有影响,如果预测超过一定的偏差,将面临着高额的罚款.“所以我们也希望国家能够出台有关政策规定,要求风电场进行风电功率预测,并参与考核.只有通过政策的激励机制,调动风电场参与预测的积极性,这项技术才能有更好的应用效果”.
除了风电功率预测系统之外,“风能实时监测也是非常重要的”,风能的实时监测是风电功率超短期预测的基础,应用这个系统首先就要建一些实时测风塔.以风能实时监测和风电功率预测为基础,开发风电的调度管理和风电的区域控制系统,“这些系统构成了风电调度支撑系统,目前我们正在研发.”刘纯说.
风电的“救命稻草”
2009年5月21日,国家电网公司首次向社会公布了智能电网的发展计划,并初步披露了其建设的时间表.根据此项计划,智能电网在中国的发展将分为3个阶段,最终的目标是到2020年,全面建成统一的坚强智能电网.
之所以说智能电网是风电发展的“救命稻草”,是因为它能够解决风电并网的远距离传输,以及调度控制问题,这两点目前都是制约风电发展的瓶颈.
通过建设坚强智能电网,实现可再生能源集约化开发、大规模、远距离输送和高效利用,改善能源结构,促进资源节约型、环境友好型社会建设.通过建设坚强智能电网,实现各类集中/分布式电源、储能装置和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化,提高电力系统资产的运营效益和全社会的能源效率,促进经济社会的可持续发展.
“我国统一的坚强智能电网具有‘坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动’的特点,与欧美等国的智能电网一样,我国统一的坚强智能电网建设也充分考虑了对可再生能源和新能源的支撑作用.”刘纯说,“通过建设坚强智能电网,实现可再生能源集约化开发、大规模、远距离输送和高效利用,实现各类集中/分布式电源、储能装置和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化,能够为包括风电在内的可再生能源发展提供强大的支撑.”
欧美等国的可再生能源开发模式大多数是分散式开发,因此他们的智能电网更多考虑的是配电网,以方便各类分散式电源的灵活接入.
我国的可再生能源开发模式与欧美等国不同,由于资源中心与负荷中心的严重偏离,未来将在新疆、甘肃、内蒙等西部地区建设若干个千万千瓦级风电基地,将电能转输到华北、华东、华中电网等负荷中心消纳.因此我国的智能电网就必须有一个可以跨区域优化配置的特高压的网架,才能支持风电的大规模开发.同时,还需要通过智能电网的智能调度,来解决风电接入后的电力系统调频和调峰问题.因此“只有当电网足够坚强、灵活时,才能够支撑可再生能源规模化、可持续发展.”刘纯强调.
智能电网也并不像它的字面含义看起来只涉及到电网,实际上,它包含着发电、输电、变电、配电、用电、调度等几大环节,其中不仅涉及到电网公司,也涉及到发电企业和用户.需要智能电网发电环节的风电,也是智能电网的一部分,其自身在调节控制性能、信息传输和互动等方面也要满足智能电网的要求.