風(fēng)電出力特性研究及其應(yīng)用

張向東

摘? ? 要：光伏、風(fēng)力發(fā)電出力具有間歇性、波動性和隨機(jī)性等不穩(wěn)定特點，為更好掌握風(fēng)光發(fā)電出力特性，從年際、年、月、日時間尺度提出了風(fēng)光發(fā)電出力特性指標(biāo)體系及互補(bǔ)性指標(biāo)，并對某地已建單個風(fēng)光電站出力過程進(jìn)行了特性分析。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;出力特性;消納問題

1? 前言

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，風(fēng)力發(fā)電是可再生能源領(lǐng)域中技術(shù)成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件的發(fā)電方式之一。積極有序開發(fā)風(fēng)能資源，對于增加清潔能源供應(yīng)、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排具有重要意義。

2? 海上風(fēng)電出力特性分析

目前，某地風(fēng)電項目正處于初步發(fā)展階段，有較多阻礙性因素制約該項目工程的正常、有序發(fā)展，基本表現(xiàn)為海上風(fēng)力監(jiān)測工作不到位、有用數(shù)據(jù)較少和出力歷史數(shù)據(jù)不足。因為因素嚴(yán)重阻礙了海上風(fēng)電項目的有效建設(shè)，所以需要應(yīng)用研究框架，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，研究出力特性。探究該框架研究風(fēng)力出力問題時，需要綜合分析實際數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模擬兩方面的數(shù)據(jù)，以獲得風(fēng)力出力參數(shù)，研究人員再結(jié)合測風(fēng)數(shù)據(jù)模擬出力的具體情況得出出力特性。其一為波動性，主要因為風(fēng)能的隨機(jī)性特征，在此種特性影響下，會導(dǎo)致風(fēng)電出力具備波動性特性。海上風(fēng)速與陸上風(fēng)速在不同氣候條件的影響下有較大差異性。在海上風(fēng)能分散性的影響下，海上風(fēng)力分布范圍較廣，功率密度低?；谏鲜鰞?nèi)容，可以了解到海上風(fēng)電出力期間會有較大的波動情況，無明顯的變化規(guī)律可循，且出力波動通常在0%～100%，因此海上風(fēng)電會發(fā)生連續(xù)數(shù)日大出力、小出力情況。其二為隨機(jī)性，此種特性可以間歇性出現(xiàn)。若對單獨研究一個風(fēng)電場，對每日發(fā)電量進(jìn)行連續(xù)數(shù)天的平均計算，最終可能會出現(xiàn)相同的結(jié)果，但是對每天不同時段平均發(fā)電量進(jìn)行計算，結(jié)果差異明顯。

3? 海上風(fēng)電消納問題分析

3.1? 風(fēng)電消納特點與消納問題

現(xiàn)階段，處理海上風(fēng)電消納問題時多采用安裝布置電力儲能設(shè)備法，以此在控制出力波動性的前提下，可以有效進(jìn)行消納。但是，我國在近幾年才開始研究海上風(fēng)電，消納處理方面還存在一定問題，這對風(fēng)電并網(wǎng)、能源有效存儲與傳輸會產(chǎn)生不良影響。當(dāng)前海上風(fēng)電消納特點主要表現(xiàn)為海上風(fēng)電場以裝機(jī)容量為標(biāo)準(zhǔn)判斷、處理問題。如果出力情況為標(biāo)準(zhǔn)值的85%左右，分析出力密度曲線可見其明顯升高，此為單一海上風(fēng)電場消納特點。觀察多個風(fēng)電場出力隨總裝機(jī)容量變化的情況，可以了解到出力總裝機(jī)容量在35%～80%，呈現(xiàn)出反調(diào)峰情況，具有較高的出力概率且程度非常強(qiáng)烈。若在有較大差異的系統(tǒng)負(fù)荷峰谷處應(yīng)用海上風(fēng)電場，會增加系統(tǒng)調(diào)峰難度，且潮流呈現(xiàn)多樣性。分析系統(tǒng)負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)其具有季節(jié)性特點，即冬低、夏高，這說明冬季處理海上風(fēng)電場的消納問題難度較大，夏季解決消納問題較為容易。常規(guī)情況下，觀測海上風(fēng)速可知海上風(fēng)電較為穩(wěn)定，而陸地的風(fēng)速較大，陸上風(fēng)電穩(wěn)定性非常差。與陸上風(fēng)電特性相比，海上風(fēng)電具有自相關(guān)函數(shù)衰減系數(shù)較小、出力波動性相對較小、大多分布在海岸附近的特點，在海上風(fēng)電接入期間，一般不會對系統(tǒng)調(diào)頻造成嚴(yán)重影響，且接入要求少、流程簡單。不同海上風(fēng)電項目開發(fā)需要分區(qū)域進(jìn)行，由此產(chǎn)生的風(fēng)電消納難度較小。海上風(fēng)電場有非常高的整體出力水平和能力，需要大力此種風(fēng)電場的施工建設(shè)和應(yīng)用力度。分析海陸的風(fēng)電場開發(fā)情況可知，陸上風(fēng)電場多集中在一個區(qū)域，具有集中性特點。整體電網(wǎng)規(guī)劃工作涉及的內(nèi)容與環(huán)節(jié)較多，但在海上風(fēng)電場規(guī)劃建設(shè)期間，風(fēng)電場基本是根據(jù)建設(shè)所在地的海岸線分布情況分區(qū)設(shè)計、施工和運行。實際工作中，海上風(fēng)電場可參考附近修建的陸上風(fēng)電場，按照就近原則直接進(jìn)行接入處理，無需修建大量的輸電通路，直接按照風(fēng)電接入正常工作即可，消納難度將顯著的降。此外，風(fēng)電場出力特性與海上風(fēng)速有著直接關(guān)系。因為風(fēng)速由風(fēng)電場的具體分布位置、附近的海洋性氣候決定，所以風(fēng)速是海上風(fēng)電場建設(shè)中需要重點研究的問題，但目前海上風(fēng)速測試資料數(shù)量少、質(zhì)量一般。因此，要求海上風(fēng)電場繼續(xù)研究海上風(fēng)速，進(jìn)而科學(xué)、有效處理風(fēng)電場工作過程中出現(xiàn)的各種問題，保證基于風(fēng)電的電能生產(chǎn)工作高效進(jìn)行。本文系統(tǒng)總結(jié)、分析了當(dāng)前學(xué)界研究的海上風(fēng)電場消納特性，以期從不同角度得出的風(fēng)電消納特點，為后續(xù)解決風(fēng)電消納問題提供參考。工作人員需要掌握上述內(nèi)容，以有效做解決風(fēng)電消納問題。分析當(dāng)前海上風(fēng)電消納問題，主要包括三方面。第一，海上風(fēng)電發(fā)展機(jī)制不完善?，F(xiàn)階段，風(fēng)電場建設(shè)管理制度具有一定的滯后性，很多內(nèi)容與當(dāng)前的發(fā)電管理工作脫節(jié)，特別是跨省風(fēng)電和跨區(qū)消納有較多問題，需要從制度層面改進(jìn)完善，進(jìn)而有效實施風(fēng)電消納工作。第二，消納市場開發(fā)緩慢。目前，開展海上風(fēng)電項目開發(fā)的地區(qū)多處于沿海、東中部地區(qū)，風(fēng)電并網(wǎng)較為頻繁，導(dǎo)致風(fēng)電出力較大、電網(wǎng)運行壓力較大，在有限的消納市場中不能完全完成消納工作。第三，控制風(fēng)電波動性的效果差。目前，用于波動性控制的主要措施是采用電能存儲設(shè)備，但由于符合存儲要求的設(shè)備數(shù)量較少、靈活電源占比少，導(dǎo)致控制效果不理想。

3.2? 解決問題的對策

上述消納問題對海上風(fēng)電場工作質(zhì)量、效率影響較大，需要按照以下方法進(jìn)行解決。首先，國家相關(guān)清潔能源項目開發(fā)管理部門需要研究常規(guī)使用的制度內(nèi)容，從消納問題的基礎(chǔ)上完善、優(yōu)化相關(guān)消納法律規(guī)范，增加一些風(fēng)電消納有效措施、消納要求和標(biāo)準(zhǔn)，以便不同區(qū)域的海上風(fēng)電場可以實現(xiàn)跨省份、跨區(qū)域的消納。其次，增強(qiáng)海上風(fēng)電發(fā)電能力。由于當(dāng)前一些海上風(fēng)電場開展發(fā)電工作時多使用集中式的發(fā)電方式，導(dǎo)致并網(wǎng)工作難度升高且電能損耗嚴(yán)重，這需要海上風(fēng)電項目建設(shè)人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)、研究新型發(fā)電模式，以提高工作質(zhì)量。在應(yīng)用新模式時，海上風(fēng)電建設(shè)的相關(guān)單位需要詳細(xì)調(diào)查該項目范圍，據(jù)此修建工業(yè)園區(qū)，在園區(qū)內(nèi)有效擴(kuò)大風(fēng)電消納市場，從而完成風(fēng)電消納的工作任務(wù)。再次，研究先進(jìn)的風(fēng)電預(yù)測技術(shù)。由于我國研究海上風(fēng)電的時間較晚，在核心技術(shù)和應(yīng)用方面與國外發(fā)達(dá)國家之間有著較大差距。針對此種情況，海上風(fēng)電消納研究人員需積極學(xué)習(xí)、了解國外的現(xiàn)代化風(fēng)電預(yù)測技術(shù)，總結(jié)我國此項技術(shù)研發(fā)過程中的問題，積累研發(fā)經(jīng)驗，且研究部門需要投入大量的資金，綜合一切有利條件研發(fā)風(fēng)電預(yù)測技術(shù)，構(gòu)建預(yù)測模型，結(jié)合測試獲得的風(fēng)力數(shù)據(jù)，在模型中預(yù)測風(fēng)電工作情況。如此一來，在高精度預(yù)測情況下可以科學(xué)、合理控制風(fēng)電出力波動性，避免由于出力波動性控制不良造成風(fēng)電場運行問題。最后，加強(qiáng)海上風(fēng)電場運行的安全管理。當(dāng)前海上風(fēng)電場日常運營期間面臨著消納問題，這對風(fēng)電場的安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益產(chǎn)生諸多不良影響，因此安全管理工作刻不容緩。海上風(fēng)電場需設(shè)置專門的安全運營管理部門，依照安全生產(chǎn)、預(yù)防為主的管理原則，高質(zhì)量、高效率完成任務(wù);工作人員需要具有較強(qiáng)的管理能力和安全生產(chǎn)風(fēng)險排除能力，在發(fā)生安全問題時能夠快速解決問題，保障電力生產(chǎn)、傳輸?shù)挠行?，降低各類事故的發(fā)生率。

4? 結(jié)論

海上風(fēng)電有助于生產(chǎn)高質(zhì)量、高效率的電能資源，在項目建設(shè)期間，需要把握好風(fēng)電出力特性，以此保證項目順利建設(shè)。另外，深入研究項目開發(fā)利用時出現(xiàn)的消納問題，找出產(chǎn)生消納問題的原因，以此制訂有效的解決方案，確保海上風(fēng)電項目可以在投入應(yīng)用后取得理想效果，盡快回收成本，獲得較高的經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 傅旭，苗淼，李富春，等.青海電網(wǎng)光伏接納能力研究[J].陜西電力，2017（4）：21～25.

[2] 張樂平.多能互補(bǔ)—促進(jìn)可再生能源發(fā)展的有效途徑[J].西北水電，2012（1）：7～12.