關(guān)于地區(qū)電網(wǎng)新能源發(fā)電項(xiàng)目消納能力的分析

摘要：最近幾年，由于煤炭資源的大量減少，全國各地開始建立了一批以風(fēng)力和太陽能等新能源為基礎(chǔ)和核心的發(fā)電基地，但是在使用和發(fā)展過程中出現(xiàn)了不小的問題。本文據(jù)此對(duì)影響地區(qū)電網(wǎng)新能源發(fā)電項(xiàng)目消納能力的因素進(jìn)行了分析，然后探究了具體的評(píng)估方法，希望能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的規(guī)劃提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力；電網(wǎng)；消納能力

1.影響地區(qū)電網(wǎng)新能源發(fā)電項(xiàng)目消納能力的因素

1.1電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

顯而易見，不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)具備不同的輸電能力，以變電站為例，新能源的接入需要保證電網(wǎng)調(diào)度的靈活性，所以最大的消納能力會(huì)受到線路容量的影響，同時(shí)滿足“N-1”的條件，典型的公式如下：

Smax=Pk9+PE

其中，Smax代表新能源最大的消納容量，而Pk代表最小網(wǎng)供負(fù)荷，PE代表“N-1”條件下線路的容量。

這里還需要注意一下電力線路走廊建設(shè)方面的問題，因?yàn)榻ㄔO(shè)用地不斷縮小，發(fā)電基地的建設(shè)與城市的規(guī)劃存在一定的沖突和矛盾，輸電線路會(huì)牽涉到公眾的利益，如果協(xié)調(diào)不及時(shí)或者是處理不當(dāng)，都會(huì)對(duì)發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)產(chǎn)生不好的影響，進(jìn)而制約發(fā)電項(xiàng)目的消納能力。

1.2電能質(zhì)量

近年來，新能源在一定范圍內(nèi)得到了推廣，但是也產(chǎn)生了一些電能質(zhì)量方面的問題，比如電力諧波、電壓閃變以及三相不平衡等，加上電壓偏差問題比較嚴(yán)重，所以在一定程度上制約了電網(wǎng)新能源發(fā)電項(xiàng)目的消納能力。與此同時(shí)，電網(wǎng)短路電流的來源分為大電網(wǎng)和新能源電網(wǎng)兩類，為了提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，需要保證短路電流不超過線路允許的最大短路電流。

1.3調(diào)峰能力

調(diào)峰能力對(duì)于新能源發(fā)電項(xiàng)目消納能力的影響主要包括：第一，在某些情況下，區(qū)域電網(wǎng)需要獨(dú)立運(yùn)行，為了保證電網(wǎng)輸電頻率的穩(wěn)定，需要電網(wǎng)具有足夠的調(diào)峰能力，從而進(jìn)行迅速調(diào)節(jié)。第二，無論是受端電網(wǎng)還是送端電網(wǎng)，當(dāng)負(fù)荷急劇變化時(shí)，就需要系統(tǒng)具有足夠的調(diào)峰能力，從而增加或者減少有功出力，避免發(fā)生危險(xiǎn)事故。

2.評(píng)估地區(qū)電網(wǎng)新能源發(fā)電項(xiàng)目消納能力的方法

2.1調(diào)峰角度

2.1.1容量公式

調(diào)峰指的是，電力企業(yè)在滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷需求后，根據(jù)負(fù)荷的變化，及時(shí)調(diào)整，從而保證電能的生產(chǎn)、輸送和使用同時(shí)完成的活動(dòng)。主要方式是，通過具有調(diào)節(jié)能力的發(fā)電機(jī)組，按照一定的速度，對(duì)發(fā)電機(jī)端的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于地區(qū)電網(wǎng)而言，在負(fù)荷高峰時(shí)可調(diào)機(jī)組的出力計(jì)算公式為：

負(fù)荷高峰時(shí)大網(wǎng)機(jī)組的區(qū)域出力=地區(qū)最大負(fù)荷×（1+負(fù)荷備用系數(shù)）-地區(qū)自備電廠出力-0.7×地區(qū)供熱機(jī)組出力

整個(gè)過程中，自備電廠和供熱機(jī)組不參與調(diào)峰，由此可得：

地區(qū)電網(wǎng)的調(diào)峰能力=負(fù)荷高峰時(shí)大網(wǎng)機(jī)組的區(qū)域出力×綜合調(diào)峰系數(shù)

其中，綜合調(diào)峰系數(shù)由機(jī)組類型決定，而且電源結(jié)構(gòu)以煤電為主、水電次之，新能源消納能力在計(jì)算中統(tǒng)一取70%。

2.1.2雙峰特性

以風(fēng)電為例，由于風(fēng)速隨時(shí)都在發(fā)生變化，導(dǎo)致系統(tǒng)在低谷負(fù)荷時(shí)功率較大，而在高峰負(fù)荷時(shí)功率較小，比如夜間電網(wǎng)系統(tǒng)處于負(fù)荷低谷，風(fēng)電滿發(fā)，當(dāng)負(fù)荷由低谷變?yōu)楦叻鍟r(shí)，風(fēng)電停發(fā)[1]。再以光伏發(fā)電為例，與太陽的光照時(shí)間和光照強(qiáng)度成絕對(duì)的正比例關(guān)系，從上午7點(diǎn)到下午2點(diǎn)，太陽能輻射強(qiáng)度基本處于上升趨勢，從下午2點(diǎn)到傍晚6點(diǎn)，太陽能輻射強(qiáng)度逐漸下降，也就是說，中午時(shí)間光伏電站出力較大。

2.1.3計(jì)算方法

受到電網(wǎng)功率平衡關(guān)系的影響，在低谷負(fù)荷狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)組出力與機(jī)組最小技術(shù)出力之差就是消納新能源的調(diào)峰容量，也就是說，電網(wǎng)調(diào)峰盈余決定了新能源消納能力的大小，具體公式為：

機(jī)組出力-最小技術(shù)出力=系統(tǒng)最大負(fù)荷×負(fù)荷備用系數(shù)×調(diào)峰能力-（系統(tǒng)最大負(fù)荷-系統(tǒng)低谷負(fù)荷）×負(fù)荷備用系數(shù)=電網(wǎng)調(diào)峰能力-電網(wǎng)調(diào)峰需求

對(duì)于風(fēng)電消納能力的計(jì)算，需要考慮風(fēng)電出力的同時(shí)率，這就要保證風(fēng)電場運(yùn)行數(shù)據(jù)充足，一般情況下，同時(shí)率取值在0.8～0.9之間。這種前提下，風(fēng)電消納能力可以用調(diào)峰容量盈余與同時(shí)率的比值表示，風(fēng)電出力與負(fù)荷的曲線如圖1所示。

光伏消納能力的計(jì)算需要同時(shí)考慮風(fēng)電同時(shí)率和光伏同時(shí)率，所以：

調(diào)峰容量盈余=光伏消納能力×光伏同時(shí)率+風(fēng)電消納能力×風(fēng)電負(fù)載率×風(fēng)電同時(shí)率

經(jīng)過化簡，可以得到：

光伏消納能力=（調(diào)峰容量盈余-風(fēng)電消納能力×風(fēng)電負(fù)載率×風(fēng)電同時(shí)率）/光伏同時(shí)率

與風(fēng)電同時(shí)率類似，光伏同時(shí)率的取值在0.8～0.9之間。

2.2容量角度

正常情況下，如果當(dāng)?shù)夭荒芡耆{新能源產(chǎn)生的電力，就需要將電力輸送到主網(wǎng)，那么新能源消納能力就受到兩方面因素的限制[2]。

第一方面，主網(wǎng)的線路容量。不能忽視的是，新能源在上送電力的過程中，很可能導(dǎo)致線路負(fù)荷過大，尤其是單個(gè)110kV的變電站，當(dāng)出現(xiàn)功率外送的情況，需要借助220kV變電站，即使是400kV的變電站，也需要滿足220kV出線“N-1”校驗(yàn)，相應(yīng)的公式如下：

新能源最大出力=電網(wǎng)最小負(fù)荷+線路“N-1”容量-常規(guī)機(jī)組出力

第二方面，主網(wǎng)的變電容量。新能源的接入不能改變?cè)须娋W(wǎng)的性質(zhì)，也不能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式產(chǎn)生阻礙作用，需要確保電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，也就是要滿足“N-1”的條件，即：

新能源出力+常規(guī)機(jī)組出力-電網(wǎng)最小負(fù)荷≤“N-1”容量由此可見，當(dāng)新能源出力大于本地消納時(shí)，能夠輸送的電力大小受主變“N-1”容量的限制，那么在對(duì)風(fēng)電和光伏消納能力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，就需要考慮不同容量約束下出力值的大小，之后取最小的出力值，然后除以相應(yīng)的同時(shí)率。從某種角度講，新能源發(fā)電項(xiàng)目的合理開發(fā)和利用，能夠節(jié)約資源，避免浪費(fèi)，并且緩解供電壓力，容量盈余情況對(duì)風(fēng)電出力的影響如圖2所示。

結(jié)論：

綜上所述，雖然新能源發(fā)電項(xiàng)目優(yōu)勢明顯，但是在具體運(yùn)行過程中，具有較大的隨機(jī)性和間歇性，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電過程有一定的起伏，容易出現(xiàn)發(fā)電過剩和發(fā)電不足的情況，所以需要認(rèn)真做好新能源發(fā)電項(xiàng)目消納能力的分析和評(píng)估工作，從而找到優(yōu)化方法，保證供電的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

參考文獻(xiàn)

[1]葛江瑜. 河西新能源基地電力消納相關(guān)問題研究[D].蘭州理工大學(xué)，2018.

[2]陳軼瑋，高強(qiáng)，陳翔.玉環(huán)電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目消納能力[J].農(nóng)村電氣化，2018（01）：10-14.

作者簡介：陸?。?991.03——），男，漢，湖南衡陽，電氣工程師，助理工程師，本科，研究方向：電力（新能源）。

（作者單位：東天工程咨詢有限公司）