傳統(tǒng)高壓直流用于大規(guī)模陸上風(fēng)電傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)可行性

李桂超

（廣東省風(fēng)力發(fā)電有限公司，廣州 510630）

近年來(lái)風(fēng)電的廣泛應(yīng)用，為人們的日常生活與工作提供了諸多的用電便利條件，加深了不同省市、地區(qū)之間的溝通與聯(lián)系，有效緩和了部分地區(qū)用電緊張的問(wèn)題。風(fēng)電主要分為兩種：陸上與海上，當(dāng)前我國(guó)在陸上風(fēng)電應(yīng)用方面經(jīng)驗(yàn)豐富，在全國(guó)諸多地方均有分布，而海上風(fēng)電正處于不斷發(fā)展的階段，所以本文的研究對(duì)象即為陸上風(fēng)電。為了滿足諸多人的電能使用需要，要求進(jìn)行大規(guī)模風(fēng)電的有效傳輸，以此保證用戶用電的安全性以及可靠性，當(dāng)前應(yīng)用較多的傳輸技術(shù)為高壓直流（風(fēng)力打捆）、交流，從經(jīng)濟(jì)可行性角度來(lái)分析效果一般，所以可以使用傳統(tǒng)高壓直流法來(lái)傳輸風(fēng)電，該種傳輸技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性較高。

1 傳統(tǒng)高壓直流概述

風(fēng)電傳輸工作對(duì)于陸上風(fēng)電場(chǎng)的工作效率和質(zhì)量而言有著較大影響，如果選用的傳輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性較差，將會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益造成不利影響，對(duì)于現(xiàn)階段常用的一些風(fēng)電傳輸技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行系統(tǒng)分析，可知傳統(tǒng)高壓直流傳輸大規(guī)模陸上風(fēng)電的價(jià)值高，值得在陸上風(fēng)電場(chǎng)多進(jìn)行應(yīng)用。此種傳輸技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯，較之于其它的風(fēng)電傳輸技術(shù)而言，傳統(tǒng)高壓直流技術(shù)在傳輸運(yùn)行期間一般不會(huì)受到外界因素的干擾，傳輸具有傳輸量大、傳輸速度快、成本較低等優(yōu)點(diǎn)[1]。開(kāi)展大規(guī)模風(fēng)電傳輸工作時(shí)會(huì)借助于傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行期間需要設(shè)置有功功率指令值，盡量讓其恒定不變，即可完成傳送風(fēng)電的工作。其中系統(tǒng)中的此種功率值在調(diào)節(jié)時(shí)，需要參考確定的控制目標(biāo)、風(fēng)電波動(dòng)性特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，系統(tǒng)送端交流母線電壓在直流有功功率等因素影響之下會(huì)出現(xiàn)巨大的波動(dòng)情況，不利于傳輸工作的正常開(kāi)展，需要對(duì)該電壓值進(jìn)行穩(wěn)定處理。在實(shí)際電壓穩(wěn)定期間，技術(shù)人員需要重視電容器組（并聯(lián)）、濾波器組的安裝工作，以此來(lái)提供充足的無(wú)功功率，之后再將電流順利的輸送到交流系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)良好的風(fēng)電并網(wǎng)[2]。目前基于此種技術(shù)，提出了變功率控制傳統(tǒng)高壓直流傳輸風(fēng)電的工作方案，本文即就是研究了該方案應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性。

2 陸上大規(guī)模風(fēng)電經(jīng)由傳統(tǒng)高壓直流傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)可行性分析

2.1 理論分析

在傳輸方案經(jīng)濟(jì)可行性分析中，單位傳輸成本為最為關(guān)鍵的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，該指標(biāo)屬于系統(tǒng)受端電能賣(mài)出單價(jià)與送端電能購(gòu)入單價(jià)的差價(jià)。具體的研究方案共分為三種，其一為子方案1，即為先確定傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)的額定功率，之后對(duì)于風(fēng)功率標(biāo)幺值進(jìn)行明確，該值在低于0.1標(biāo)準(zhǔn)功率情況下，系統(tǒng)運(yùn)行工作會(huì)直接停止。其二為子方案2，即為在系統(tǒng)運(yùn)行停止后，可以進(jìn)行功率補(bǔ)償，應(yīng)用調(diào)峰功率來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率，使得系統(tǒng)功率為0.1p.u.。其三則制定定功率控制下的傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)，其中的調(diào)峰、基礎(chǔ)電源屬于火電，系統(tǒng)過(guò)載能力約為10%，觀察風(fēng)功率標(biāo)幺值情況，如果在系統(tǒng)額定功率1.1之上則放棄該部分風(fēng)電，這一部分成本需要囊括在系統(tǒng)送端[3]。三種方案確定后得出三種不同情況的系統(tǒng)負(fù)荷時(shí)間曲線圖。

2.2 傳輸系統(tǒng)在變功率控制下的分析

假設(shè)一處陸上風(fēng)電場(chǎng)，總體的裝機(jī)容量共計(jì)為10GW，對(duì)其發(fā)電功率的最大值進(jìn)行設(shè)定，可知為7GW，便可以得出風(fēng)場(chǎng)出力曲線圖。評(píng)估系統(tǒng)傳輸經(jīng)濟(jì)性時(shí)，明確系統(tǒng)參數(shù)，即為每千瓦的建設(shè)成本與每年的維護(hù)成本分別為3000元左右；傳輸期間的線損率在4%以上，7%以下；額定電壓處于800千伏左右，而1.1p.u.則為系統(tǒng)的過(guò)載能力，0.4%則為變壓器損耗率。購(gòu)買(mǎi)每千瓦時(shí)的風(fēng)電、調(diào)峰能量以及基礎(chǔ)能量采購(gòu)價(jià)格分別為0.5元、0.9元、0.3元。因此計(jì)算不同方案的經(jīng)濟(jì)成本，可以了解到要對(duì)前兩個(gè)子方案進(jìn)行傳輸成本比較，兩種方案中的傳統(tǒng)高壓直流傳輸系統(tǒng)分別應(yīng)用不同的定功率計(jì)算傳輸成本，最終的成本數(shù)據(jù)在具體功率的變化中，會(huì)隨之發(fā)生變化，如系統(tǒng)送端僅傳輸風(fēng)電，此時(shí)系統(tǒng)額定容量處于較低的水平，成本也可以得到有效控制，支出資金較少；而在第二個(gè)方案中，分析結(jié)果則表明基于該方案的等效額定功率運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)高于前一種方案，而且每千瓦時(shí)的風(fēng)電傳輸成本低，約為0.1元，過(guò)載運(yùn)行時(shí)間也較長(zhǎng)，從風(fēng)電場(chǎng)單一的傳輸風(fēng)電成本來(lái)看，子方案2經(jīng)濟(jì)性略高一些，傳輸?shù)娘L(fēng)電能量較多[4]。但是需要注意子方案2運(yùn)行期間，常需要采購(gòu)火電來(lái)發(fā)揮調(diào)峰能量的作用，但是結(jié)合生成的曲線圖來(lái)看確定的系統(tǒng)方案送端自身具有基礎(chǔ)功率，借助于這些功率便可以完成低成本的風(fēng)電傳輸工作，無(wú)需應(yīng)用調(diào)峰功率可以起到節(jié)省成本的目的，所以從總體來(lái)看子方案2的經(jīng)濟(jì)性高。

2.3 經(jīng)濟(jì)可行性對(duì)比分析

基于變功率控制的傳統(tǒng)高壓直流傳輸?shù)淖臃桨?，需要和子方案3作以經(jīng)濟(jì)性比較，分析結(jié)果可知：計(jì)算兩個(gè)方面的經(jīng)濟(jì)成本過(guò)程中，對(duì)于未來(lái)采購(gòu)煤炭資源作為能量的價(jià)格進(jìn)行了預(yù)估，通過(guò)計(jì)算得出了兩個(gè)方案在不同時(shí)期的成本。其中以2017年為例，通過(guò)采購(gòu)能量的單價(jià)價(jià)格的計(jì)算，僅為風(fēng)電傳輸?shù)那闆r下，方案3風(fēng)電傳播量多且成本低，主要是基于調(diào)峰能量的調(diào)節(jié)，如果調(diào)峰能量較小時(shí)方案3的成本會(huì)非常高。方案2運(yùn)行期間存在基礎(chǔ)功率，需要采購(gòu)的調(diào)峰能量顯著降低，從而可以對(duì)傳輸成本進(jìn)行合理控制。因此采用傳統(tǒng)高壓直流的風(fēng)電傳輸系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)送端基礎(chǔ)電源情況進(jìn)行良好的把握，要求該電源略高于標(biāo)準(zhǔn)容量，以此可以降低傳輸成本[5]。同時(shí)以2022年為例，此時(shí)煤炭資源數(shù)量愈來(lái)愈少，資源價(jià)格逐漸飆升，再次分析兩種方案的經(jīng)濟(jì)性，可知該年度需要支出的風(fēng)電傳輸資金總額高于2017年，而應(yīng)用方案2可以盡量減少傳輸成本的支出金額，與子方案3比較具有顯著的成本降低優(yōu)勢(shì)，傳輸風(fēng)電的競(jìng)爭(zhēng)能力顯著提升，基礎(chǔ)電源容量值可以控制在較低的水平。因此通過(guò)本文的研究發(fā)現(xiàn)變功率控制傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)在傳播風(fēng)電時(shí)，需要風(fēng)電場(chǎng)注意調(diào)峰能量的購(gòu)買(mǎi)工作，以此使用此種能量來(lái)調(diào)節(jié)與控制大規(guī)模風(fēng)電傳輸時(shí)過(guò)高的成本，所以方案2的經(jīng)濟(jì)可行性理想。

3 強(qiáng)化大規(guī)模陸上風(fēng)電傳輸經(jīng)濟(jì)可行性的對(duì)策

當(dāng)前陸上風(fēng)電傳輸工作基本需要借助于傳統(tǒng)高壓直流來(lái)完成，但是經(jīng)濟(jì)可行性問(wèn)題制約著該項(xiàng)傳輸工作的有效進(jìn)行，所以需要陸上風(fēng)電場(chǎng)依照以下途徑為傳統(tǒng)高壓直流傳輸工作的有效開(kāi)展，降低傳輸時(shí)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)提供助益。首先陸上風(fēng)電場(chǎng)需要制定基于傳統(tǒng)高壓直流傳輸電能資源的管理機(jī)制，在其中需要對(duì)傳輸時(shí)相關(guān)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、安全傳輸以及傳輸工作管理組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)容做出明確的說(shuō)明，以便風(fēng)電場(chǎng)管理人員可以依照制度中的內(nèi)容完成具體的傳輸管理工作。其次加強(qiáng)傳輸成本控制理念的滲透教育，當(dāng)前很多陸上風(fēng)電場(chǎng)修建的規(guī)模較大，應(yīng)用的相關(guān)設(shè)備較為先進(jìn)，所以整體的風(fēng)電生產(chǎn)、傳輸工作所需的成本較高，所以需要在內(nèi)部進(jìn)行依托傳統(tǒng)高壓直流傳輸?shù)某杀究刂平逃?，以此增?qiáng)工作人員的成本控制意識(shí)，能夠在工作中嚴(yán)格按照傳統(tǒng)高壓直流傳輸?shù)南嚓P(guān)要求進(jìn)行工作，科學(xué)合理的編制傳輸方案，保證風(fēng)電場(chǎng)可以在資源傳輸工作中獲得較高的經(jīng)濟(jì)收益。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前陸上風(fēng)電的大規(guī)模傳輸問(wèn)題一直制約著陸上風(fēng)電場(chǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展，所以需要技術(shù)人員對(duì)于以往使用的傳輸技術(shù)多進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，并且積極的向一些成功將進(jìn)行大規(guī)模、長(zhǎng)距離風(fēng)電傳輸?shù)娘L(fēng)電場(chǎng)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，以此在總結(jié)教訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用傳統(tǒng)高壓直流技術(shù)開(kāi)展傳輸工作，有著較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)可行性。