風(fēng)電開發(fā)與抽水蓄能電站聯(lián)合建設(shè)研究

王亞紅

【摘 要】大比重的風(fēng)電進(jìn)入電網(wǎng)，就會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)危害。為了達(dá)到風(fēng)電利用最大化的目標(biāo)，相關(guān)專家提出如果建設(shè)一個(gè)抽水蓄能電站，就可以增加電網(wǎng)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)性；當(dāng)對(duì)這個(gè)運(yùn)行模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電與抽水蓄能電站的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)與普通的風(fēng)電系統(tǒng)的對(duì)比，前者的運(yùn)行更為有效，且綜合考慮和計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)能資源進(jìn)行更好得利用。

【Abstract】Large proportion of wind power into the power grid will bring harm to the safe operation of the power grid. In order to achieve the goal of maximizing the utilization of wind power， relevant experts suggest that if a pumped storage power station is built， the stability and regulation of power grid can be increased. When calculating the economic operation of the running model， it is found that the combined operation system of wind power and pumped storage power station is more effective than the ordinary wind power system. And considering the economic and social benefits comprehensively， the joint operation system can make better use of the wind power resources.

【關(guān)鍵詞】安全運(yùn)行；抽水蓄能電站；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

【Keywords】safe operation； pumped storage power station； economic operation

【中圖分類號(hào)】TM611 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）08-0008-02

1 加強(qiáng)對(duì)風(fēng)能的利用值和對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的提高

2016 年的風(fēng)電市場(chǎng)由中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)和印度引領(lǐng)，法國(guó)、土耳其和荷蘭等國(guó)的表現(xiàn)超過預(yù)期， 盡管在年新增裝機(jī)上， 2016 年未能超過創(chuàng)紀(jì)錄的 2015 年，但仍然達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)令人滿意的水平。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)發(fā)布的《全球風(fēng)電發(fā)展年報(bào)》顯示， 2016 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量 54，600MW，同比下降 14.2%，其中，中國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量達(dá) 23，328MW（臨時(shí)數(shù)據(jù)），占 2016 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量的 42.7%。 到 2016 年年底， 全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 486，749MW，累計(jì)同比增長(zhǎng) 12.5%。 其中， 截至 2016 年底， 中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到 168，690MW（臨時(shí)數(shù)據(jù)）[1]，占全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)總量的 34.7%。

1.1 風(fēng)電給電網(wǎng)帶來(lái)的影響

如上文所講，自然風(fēng)有不定向和不穩(wěn)定特點(diǎn)，可能白天與黑夜間有大的變化，也因氣候和季節(jié)的不同而產(chǎn)生不同的變化，所以，風(fēng)電功率的輸出值完全會(huì)被當(dāng)時(shí)的風(fēng)速所影響。在風(fēng)電機(jī)組全部運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)需要相應(yīng)地加大對(duì)它的功率不穩(wěn)定性和隨機(jī)變化性進(jìn)行控制達(dá)到平衡的需求值，因?yàn)樗恼{(diào)峰和調(diào)頻壓力值相應(yīng)的加強(qiáng)。而為讓電網(wǎng)在安全范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行和對(duì)它的最高值和最低值間作良性調(diào)節(jié)，電網(wǎng)需要為風(fēng)電在調(diào)峰調(diào)頻的容量值上做好充分的配套。近幾年的低碳式經(jīng)濟(jì)和綠色能源政策在國(guó)內(nèi)各地區(qū)經(jīng)大力推行，各地區(qū)對(duì)風(fēng)電的開發(fā)力度也得到了一定的提升，其風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比例值也相應(yīng)在提升。但是于居前列國(guó)家的比例值而言，還有一定的差距，比如丹麥國(guó)家，其風(fēng)電并網(wǎng)的比例大過電網(wǎng)容量的21%[2]。由此可見，對(duì)全國(guó)各地區(qū)做到加大其風(fēng)電比例占比值的目標(biāo)，需要各地區(qū)相應(yīng)具備其對(duì)電力的調(diào)度能力和對(duì)電能的質(zhì)量的控制技術(shù)。

1.2 如何確保其供電的質(zhì)量

1.2.1 異步發(fā)電機(jī)

目前來(lái)說，大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多是異步發(fā)電機(jī)，所以需要承載大比例的無(wú)功功率才能進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，盡管大型機(jī)的機(jī)端會(huì)配置含有大容量的電容器組作為補(bǔ)充，但是在風(fēng)電的比重值加大時(shí)，在加重了電網(wǎng)的無(wú)功承擔(dān)時(shí)，相應(yīng)地對(duì)電網(wǎng)調(diào)節(jié)容量值的要求也提高。

1.2.2 產(chǎn)生的影響

異步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，有影響電網(wǎng)供電質(zhì)量的問題還需認(rèn)真對(duì)待，如：風(fēng)速和風(fēng)機(jī)的輸出功率一旦有變動(dòng)的時(shí)候，風(fēng)電場(chǎng)母線和附近的電網(wǎng)的電壓會(huì)隨之發(fā)生變動(dòng)，當(dāng)對(duì)風(fēng)電機(jī)操作其并網(wǎng)和脫網(wǎng)的過程里，對(duì)周圍的電網(wǎng)電壓也會(huì)產(chǎn)生影響。

1.2.3 送電距離的加長(zhǎng)而增加成本

風(fēng)電的比重值在增加時(shí)，電網(wǎng)輸送電距離變長(zhǎng)時(shí)，它所需對(duì)應(yīng)的技術(shù)要求也會(huì)增大，且運(yùn)行中發(fā)生的成本也急劇猛漲。

所以，對(duì)上面三個(gè)問題的總結(jié)表明：當(dāng)對(duì)電網(wǎng)輸進(jìn)的風(fēng)電比重值增加至超過10%的范圍時(shí)，就需要對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)作相應(yīng)的有效的調(diào)度了，目的是為把其供電質(zhì)量進(jìn)行提升，且對(duì)它運(yùn)行的成本達(dá)到最低值。

1.3 有效措施與優(yōu)勢(shì)

關(guān)于把大比重的風(fēng)電輸入電網(wǎng)會(huì)影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量等問題，如果只是減小或阻止風(fēng)電在電網(wǎng)中的加入比重值，或者直接調(diào)大風(fēng)機(jī)的功率的話不能解決其根本性問題，正確的方式是，可以構(gòu)建一個(gè)蓄能系統(tǒng)，其理念是將風(fēng)電在某種形式上輸入電網(wǎng)和儲(chǔ)蓄起來(lái)的方式，確保能為電網(wǎng)穩(wěn)定進(jìn)行供電?，F(xiàn)如今，對(duì)風(fēng)電具有蓄能作用的形式大概有如下五種：水力蓄能、超導(dǎo)磁力蓄能、流體電池、壓縮空氣蓄能和電解水制氫。其中的“風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)”形式已經(jīng)被充分利用起來(lái)了。比如：西班牙國(guó)家就已經(jīng)將風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行理念進(jìn)行利用了，它在對(duì)ELHierro島和Canary島進(jìn)行風(fēng)能資源開發(fā)的時(shí)候，同時(shí)建立了抽水蓄能電站，完成了對(duì)“聯(lián)合運(yùn)行”的運(yùn)用。位于前列的德國(guó)、丹麥和美國(guó)等國(guó)家，也都已經(jīng)將此理論應(yīng)用到實(shí)例工程中了[3]。

因此，各界人士對(duì)抽水蓄能電站的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了綜合性的總結(jié)，主要包括：對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化的反應(yīng)迅速且調(diào)節(jié)力好，能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換的容量較大且效率高，調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的運(yùn)行性能良好，建設(shè)技術(shù)成熟的情況下且成本相對(duì)較低，強(qiáng)迫停止運(yùn)行的發(fā)生情況低，總體運(yùn)行安全系數(shù)高和平衡度保持良好和供電的質(zhì)量高。所以，對(duì)“風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)”理論的良好運(yùn)用，即具體運(yùn)行內(nèi)容是指：把大比重的風(fēng)電，轉(zhuǎn)換成電能輸入在電網(wǎng)中，且能保證高質(zhì)量的供電；當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷在最低值的時(shí)候，能夠把多出的風(fēng)電轉(zhuǎn)變成水能的儲(chǔ)蓄的方式，即能防止風(fēng)機(jī)棄荷的情況出現(xiàn)，在供電質(zhì)量確保的情況下，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)能資源的利用率和逐步達(dá)到其最大化。

2 抽水蓄能及與風(fēng)電組合運(yùn)行

2.1 具體內(nèi)容

抽水蓄能電站是在運(yùn)行的后半過程中，把電網(wǎng)多出的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，且轉(zhuǎn)變成水能，然后在電網(wǎng)達(dá)到高峰值的時(shí)間段時(shí)以調(diào)峰調(diào)頻電能的角色對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行輸入。簡(jiǎn)而言之即是把余出的電能轉(zhuǎn)換成高質(zhì)量的電能的具有調(diào)度性能且可儲(chǔ)備電力的電廠。所以，它所具備和結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)使得此聯(lián)合方式的運(yùn)行，成為對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻重要內(nèi)容。

2.2 有效的運(yùn)用結(jié)論

目前來(lái)說，我國(guó)尚處于對(duì)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)和研究的階段，而于風(fēng)電資源開發(fā)技術(shù)位于前茅的國(guó)家來(lái)說，已是成熟研究與實(shí)踐運(yùn)用過程了，得出了以下總結(jié)以國(guó)內(nèi)加以借鑒，包括有：風(fēng)電在直接輸入電網(wǎng)的過程中存在一定風(fēng)險(xiǎn)，而風(fēng)電-抽水蓄能系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行理論，是把超出比重的風(fēng)電進(jìn)行抽水式存蓄，而在負(fù)荷值達(dá)到最大時(shí)，優(yōu)先使用存蓄的蓄能進(jìn)行發(fā)電的一種有效的技術(shù)路線；對(duì)運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化的計(jì)算和分析，也對(duì)峰谷間的電價(jià)差異進(jìn)行分析考慮，其在經(jīng)濟(jì)上完全具有可行性；對(duì)島嶼進(jìn)行過專項(xiàng)的研究，提出了對(duì)開發(fā)島嶼風(fēng)電這項(xiàng)可再生資源時(shí)，其高效的策略即是對(duì)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的引用；相比普通的風(fēng)電系統(tǒng)過程中存在的問題與不足，聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)可以增加其電費(fèi)的收入，同比情況下的數(shù)據(jù)約達(dá)15萬(wàn)元/D。綜合可見，兩者之間的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也有較大差距，對(duì)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的深入探究和普遍使用已成必然的發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)目前對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)與建設(shè)還屬于初級(jí)階段，風(fēng)電占比整個(gè)電網(wǎng)的數(shù)值還較小，所以暫且也還不需要關(guān)注風(fēng)電輸入電網(wǎng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)問題。但是，需對(duì)風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)加以利用和研究分析需要各地區(qū)組織引以重視。尤其是一些風(fēng)能資源相對(duì)而言較豐富的地區(qū)，推動(dòng)風(fēng)電、抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行在地區(qū)的可行發(fā)展，將為地區(qū)整個(gè)的電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益及高質(zhì)量的供電保證。

【參考文獻(xiàn)】

【1】馮汝明.抽水蓄能-核電-風(fēng)電聯(lián)合調(diào)峰控制策略研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2017.

【2】曹昉.風(fēng)電及抽水蓄能電站容量規(guī)劃方法研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2013.

【3】張樂平，宋臻.抽水蓄能與風(fēng)電互補(bǔ)的探討[J].西北水電，2011（01）：79-81+87.