提高新能源消納能力的電力系統(tǒng)調(diào)度分析

趙雪楠 李向華

摘要：隨著社會的發(fā)展，人們對新能源的研究也越來越深入，新能源逐漸代替了傳統(tǒng)的能源，不僅起到了環(huán)境保護的作用，而且可再生。太陽能和風能是可再生能源，將其用于發(fā)電行業(yè)，不僅環(huán)保，而且節(jié)約了能源，對于電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動作用。本文對新能源發(fā)電方式進行了分析，對各發(fā)電系統(tǒng)的消納成本進行了分析，并研究了提高新能源消納能力的電力系統(tǒng)的調(diào)度，以期為電力企業(yè)相關人員提供參考。

關鍵詞：新能源；消納能力；電力系統(tǒng)調(diào)度

引言

當前，我國的主要發(fā)電方式是火力發(fā)電，火力發(fā)電會消耗大量的煤，給環(huán)境造成污染，同時也造成了化石能源短缺的問題。隨著能源和環(huán)境政策的轉(zhuǎn)變，電力企業(yè)的生產(chǎn)與電能使用的格局也發(fā)生了根本性的變革，新能源發(fā)電也逐漸由電力系統(tǒng)的補充能源角色向替代能源角色轉(zhuǎn)變。新能源具有清潔度高、可再生的特點，但是，其在使用的過程中實際的接收能源和能源的轉(zhuǎn)換之間存在著差異，造成成本的浪費，而且降低了整個轉(zhuǎn)換過程的可靠性與安全性。因此，需要對轉(zhuǎn)換過程各電力系統(tǒng)的能源分配進行研究，從而提升新能源消納能力。

1電網(wǎng)新能源消納

由于發(fā)電廠（火電、水電、核電、風電等）發(fā)電后都會經(jīng)過電網(wǎng)進行傳輸，不能對電能方便地進行儲存，若當時不用掉就會造成資源的浪費，因此這就需要將剩余的電能經(jīng)過電能調(diào)度輸送到有電能需求的負荷點，這個過程就稱為能源的消納。電網(wǎng)、負荷、電源是影響新能源消納的關鍵因素，要提升新能源的消納能力可以從電力系統(tǒng)調(diào)度入手進行分析和研究。

2新能源發(fā)電的研究現(xiàn)狀

新能源發(fā)電的模式中，能源的使用不再依靠某一個單一的能源，而是將可用的能源進行配對重組，形成互補的發(fā)電形式。這種發(fā)電模式的目的是強化發(fā)電效率，實現(xiàn)資源間的互補和優(yōu)化。就風能和光能來說，風能存在不穩(wěn)定性，但光能卻不存在時間和季節(jié)的限制，具有一定的持續(xù)性和穩(wěn)定性，很好地彌補了風能的缺陷，但是仍然存在電力供應不足的現(xiàn)象。此外，將風、水、電等進行結(jié)合能產(chǎn)生穩(wěn)定性強，并且流量充足的電能，這種大流量對系統(tǒng)形成了較大的沖擊力，使系統(tǒng)超負荷運轉(zhuǎn)，使系統(tǒng)原本的消納能力得不到充分發(fā)揮。

對太陽能和風能進行儲存，是在能源的充足階段，將多余能源儲存起來，以供應急需要。當某階段的能源不足時，能夠自動將儲存的能量彌補到系統(tǒng)中。這樣大大改善了能源階段性的分配不均現(xiàn)象。但該存儲方式仍存在于試想階段，還沒有形成系統(tǒng)合理的方案。當前，已經(jīng)應用在實際生產(chǎn)中的儲存技術有抽水蓄能，但是由于自然地形以及轉(zhuǎn)換損耗等因素的影響，并不能實現(xiàn)高效率的儲能和電能的轉(zhuǎn)換，因此相關研究人員還需要對儲能技術進行進一步的分析和研究。

3風電系統(tǒng)調(diào)度模型

在風電系統(tǒng)中，能源的消納范圍往往是根據(jù)需要而變化的，對于某一特定的階段來說，風力轉(zhuǎn)換為電能的最大值一般具有固定性的特點。也就是說，在這一階段消納的上限只適用于本階段，不需要對其進行階段延用，否則數(shù)據(jù)會出現(xiàn)錯誤，影響整個的轉(zhuǎn)化效率。因此，對風電系統(tǒng)進行階段化的負荷檢測十分必要。對于該系統(tǒng)的負荷檢測，需要清楚系統(tǒng)的狀態(tài)、能量消納和接收等數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)不變的前提下，對負荷容量進行計算和推測，從而設計出最佳的方案。其計算公式如下所示：

其中：Pg（t）代表第g臺電機在時間段t內(nèi)的出力；

Cg（Pg（t））代表時間段t內(nèi)電機組g發(fā)電的成本。

該公式最終得出的成本數(shù)據(jù)無限接近于零，顯然和當前的經(jīng)濟投資現(xiàn)狀不相符。因此，在實際的計算過程中，還需要考慮機組的問題，對機組的出力情況進行確定，根據(jù)該項數(shù)值界定范圍，盡量保證此范圍在可控的范圍之內(nèi)。此外，還應該預測風電轉(zhuǎn)換的能量與時間，確定其大概的消納范圍，并和最終的實際消納進行對比，使兩者之間的差距不能過大，從而實現(xiàn)成本的高效化控制。該系統(tǒng)的工作還要具有安全保證，這要求控制人員進行實際操作的過程中，控制好風電的轉(zhuǎn)化容量與速度，從而保證兩者之間始終維持在平衡的狀態(tài)。同時，相關人員還應該對能源的接收以及轉(zhuǎn)換的過程進行實時的監(jiān)督，從而保證電能能夠穩(wěn)定傳輸。

4太陽能蓄熱機組的調(diào)度

太陽能受到時間和空間的限制，其存在的時間有限，想要將其轉(zhuǎn)換為電能，需要對其進行儲存。在太陽能發(fā)電中，需要考慮的內(nèi)容主要包括：蓄熱機組當前的運轉(zhuǎn)能力以及其不斷上升的效率。這兩者之間的關系不是相互孤立的，而是呈一種比例變化的趨勢。所以，為了節(jié)省系統(tǒng)的調(diào)度經(jīng)濟成本，需要對這種函數(shù)關系進行深入探討。蓄熱機組，是一種存儲機器運轉(zhuǎn)熱量的模式，要想改善機組運轉(zhuǎn)的溫度，需要調(diào)節(jié)機組中的冷卻裝置，保證機組安全、可靠運轉(zhuǎn)，進而有效控制成本。一般，消納能力的上限與機組運轉(zhuǎn)能量之間相互影響，且影響力大多呈直線上升或下降的趨勢。假設這種趨勢的最小值和最大值分別為△g-（Pg）、△g+（Pg）。這種趨勢如果和機組的其它數(shù)據(jù)形成聯(lián)系，比如：爬坡率、煤耗量等，就會形成機組成本計算的函數(shù)公式：

該式中只要清楚其中的各項數(shù)據(jù)值，就能夠計算出該系統(tǒng)所需要的經(jīng)濟成本，還能夠分析出成本損耗的最大環(huán)節(jié)。明白問題的產(chǎn)生點后，就可以對其進行數(shù)據(jù)推測，明確可以減少成本的地方，從而使公式的最終結(jié)果為最小值，進而保證能源消納的有效性。

5太陽能和風能的快速調(diào)節(jié)機組調(diào)度

由于時間與空間的限制，使太陽能和風能的產(chǎn)生具有時限性與間斷性的特點，這間接決定了在不同地點、不同季節(jié)產(chǎn)生的能量也不同。因此，為了能夠保證電能穩(wěn)定轉(zhuǎn)換，電力企業(yè)需要進行能量分配，使電能轉(zhuǎn)換保持平穩(wěn)，這就需要借助快速的調(diào)節(jié)機組。在該模式中，所有的工作均是以上述機組為基礎進行研究的，將機組的蓄熱持久性作為主要的研究對象。該種模式改變了經(jīng)濟成本各因素之間的線性關系，形成了一種非線性、無規(guī)律的關系。因此，為了便于數(shù)據(jù)的計算和成本的規(guī)劃，該公式的設計最好以不等式作為基礎。

在上一階段研究過程中，公式的設計并沒有考慮到機組的“余熱”時間，這也是對成本的一大損耗。因此，在這個階段中，可適時減少熱能投資，將機器的“余熱”作為能源的一部分，從而減少成本的浪費。由于在公式的計算過程中含有某些變量因素，使公式結(jié)果存在一定的變動性，造成成本各組成部分之間關系沒有規(guī)律，加大了對成本預測、規(guī)劃以及控制的難度。因此，在計算過程中需要使用一個數(shù)據(jù)包容性較大的正數(shù)，對這些關系進行限制和約束，從而在借助外力的作用下，實現(xiàn)“非線性”與“線性”的轉(zhuǎn)換。

結(jié)束語

綜上所述，要想提高電網(wǎng)的新能源消納水平，需要對電力系統(tǒng)的調(diào)度進行分析和探究，從而進一步提升新能源的消納效率。在對電力系統(tǒng)進行調(diào)度的過程中，需要對各電力系統(tǒng)進行理論推理和演算，進而指導成本的規(guī)劃，從而減輕能源開發(fā)的成本負擔。在電力系統(tǒng)調(diào)度的過程中，對新能源的消耗成本進行分析和合理的規(guī)劃，能夠最大程度的提高電網(wǎng)新能源的消納水平。

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