風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問題的探究

孫文平

摘要：當(dāng)前我國風(fēng)力發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大，呈現(xiàn)出行業(yè)集中、管理難度高的特點(diǎn)。中國作為能源大國，擁有非常豐富的風(fēng)能、太陽能等綠色可再生能源，并在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，有效推動(dòng)著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。電力開發(fā)始終是支撐資源輸送的重要基礎(chǔ)，在維護(hù)能源安全中所發(fā)揮的作用是無可替代的。在這其中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電依賴的都是可再生清潔能源，能夠進(jìn)一步凸顯出我國電力開發(fā)的技術(shù)水準(zhǔn)，緩解環(huán)境開發(fā)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)之間的矛盾。對此，本文闡述風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)中的問題，應(yīng)對的措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;光伏發(fā)電;發(fā)電并網(wǎng)

引言

我國是世界上風(fēng)電規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的國家。截至2020年底，我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量超過2.8億千瓦，占總裝機(jī)容量的13%，年發(fā)電量4665億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量的5.5%，整體上已成為除火電和水電以外的第三大電源。在2020年9月召開的第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上，習(xí)近平總書記對外承諾我國二氧化碳排放將力爭于2030年前達(dá)到峰值，并努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，以風(fēng)力發(fā)電為代表的清潔能源技術(shù)必將在未來迎來更大的發(fā)展。與此同時(shí)，受資源稟賦限制，我國風(fēng)電長期采用“大規(guī)模集中式開發(fā)、高電壓遠(yuǎn)距離輸送”的開發(fā)模式，超過70%的風(fēng)電位于“三北”地區(qū)，甘肅、新疆、青海、吉林、冀北5?。▍^(qū)）風(fēng)電穿透率超過100%，風(fēng)電已超越水電成為國內(nèi)10余省（區(qū)）的第2大電源。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，新能源發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)過程中仍然存在諸多問題，這些問題都影響著輸配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，阻礙著我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，盡快解決風(fēng)力與光伏發(fā)電并網(wǎng)問題，才能讓我國電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也能夠獲取更高的生態(tài)效益。

1風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的重要性

傳統(tǒng)發(fā)電模式在能量轉(zhuǎn)變過程中，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，污染處理成本較高。風(fēng)力資源為綠色可再生資源，其在轉(zhuǎn)變電能過程中，不會(huì)產(chǎn)生任何污染物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)綠色可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)階段，我國風(fēng)力發(fā)電廠規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電量逐漸增加，滿足人們的用電需求。為了推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，應(yīng)重視風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)型風(fēng)電形式優(yōu)勢充分發(fā)揮的目的。到2050年非化石能源在能源生產(chǎn)中的比例和電能在能源消費(fèi)中的比例均會(huì)超過50%。電力平衡、新能源消納、煤電定位，是“十四五”能源規(guī)劃要解決的三大問題。風(fēng)電場如何融入到未來電網(wǎng)中的系統(tǒng)科學(xué)，是解決新能源發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要是由繼電保護(hù)裝置、光伏列陣、逆變器、儲(chǔ)能裝置以及最大功率點(diǎn)跟蹤裝置等組成的。為了能夠保證電壓和電流處于相同的頻率，在整個(gè)光伏系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)就是光伏列陣，可以利用光伏列陣將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后再通過電池單體根據(jù)電壓電流的實(shí)際需求，將其串并聯(lián)安裝在支架上。但是，光伏電池的列陣具備很強(qiáng)烈的非線性特征，主要是由于在電力輸出過程中會(huì)受到負(fù)載光照以及溫度等多種因素的影響。最大功率點(diǎn)跟蹤裝置能夠保證電池列陣時(shí)刻保持最大的輸出功率，確保能夠真正實(shí)現(xiàn)光伏能源的高效利用。而儲(chǔ)能裝置主要就是對光伏系統(tǒng)中的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，在光照過程中將充足的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，等需要的時(shí)候再將儲(chǔ)存的電能釋放出來，可以對供電平衡狀態(tài)以及電源的輸出狀態(tài)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。光伏發(fā)電系統(tǒng)還有一些非常典型的特征，就是受到外界溫度光照等因素的影響，會(huì)影響輸出功率，導(dǎo)致發(fā)電功率不夠穩(wěn)定，不具備可控性，整個(gè)光伏系統(tǒng)的造價(jià)非常高。

3風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問題

3.1孤島效應(yīng)

通常意義上所說的孤島效應(yīng)指的是，盡管電網(wǎng)某個(gè)區(qū)域中設(shè)置了電流通路，但在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，電流卻始終沒有通過的現(xiàn)象。比如，若是維修的腳步落后于電網(wǎng)系統(tǒng)故障蔓延的速度，或者是問題已經(jīng)積重難返，電力就會(huì)由此失壓。另一邊，用戶端對問題的排查也會(huì)出現(xiàn)延遲，必不可能與電網(wǎng)系統(tǒng)的故障處理保持同步，這就會(huì)讓遠(yuǎn)距離的用戶端供電系統(tǒng)與市政電網(wǎng)相隔開來，電網(wǎng)與電網(wǎng)之間也出現(xiàn)了資源傳遞的壁壘——孤島效應(yīng)，這一現(xiàn)象主要集中在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)之間?？v觀孤島效應(yīng)的根源，主要在于風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)與光伏發(fā)電網(wǎng)的總?cè)萘颗c用戶端范圍不符。從而進(jìn)一步損壞電力設(shè)備的運(yùn)行，破壞整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，許多供電企業(yè)都會(huì)針對孤島效應(yīng)做出一定的預(yù)防工作，包括頻率變化裝置檢測、電網(wǎng)頻率移位、流過電阻阻抗、相位跳躍的監(jiān)督等等。

3.2自然環(huán)境的干擾和限制

無論是風(fēng)力發(fā)電還是光伏發(fā)電的并網(wǎng)，都會(huì)受到周圍環(huán)境的限制，而風(fēng)速、光照這些自然因素，本身就具有很大的隨機(jī)性和不可預(yù)測性，而大規(guī)模風(fēng)電集中接入形成弱電網(wǎng)場景，大規(guī)模風(fēng)電基地多位于相對偏遠(yuǎn)地區(qū)，風(fēng)力資源豐富，但風(fēng)電基地與主網(wǎng)電氣距離比較遠(yuǎn)，缺少傳統(tǒng)電源支撐，短路容量比較小，容易形成弱電網(wǎng)環(huán)境，擾動(dòng)將被弱電網(wǎng)系統(tǒng)放大，由此導(dǎo)致電壓、頻率穩(wěn)定、振蕩和諧波等問題愈發(fā)嚴(yán)重，產(chǎn)生的干擾和影響是最為突出的。

3風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對策

3.1保證新能源發(fā)電電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制技術(shù)的應(yīng)用

針對光伏發(fā)電方式的特點(diǎn)，在通過微網(wǎng)將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入主網(wǎng)時(shí)，需要通過一種更加徹底的并網(wǎng)方式來巨讓系統(tǒng)故障的原有特征發(fā)生改變，降低并網(wǎng)中的故障隱患。并網(wǎng)后的輸配電網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，當(dāng)主網(wǎng)電氣設(shè)備出現(xiàn)故障后，電氣量、電壓等參數(shù)都會(huì)發(fā)生較復(fù)雜的變化，如果仍采用常規(guī)的故障檢測方法以及排障措施，就可能導(dǎo)致微網(wǎng)上的光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行受到影響，所以我們要加強(qiáng)對電網(wǎng)保護(hù)方式以及相關(guān)技術(shù)的研究，應(yīng)用其更加先進(jìn)的電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)。

3.2增強(qiáng)電能消納水平

現(xiàn)階段，我國并未實(shí)現(xiàn)全國電網(wǎng)智能聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)，若是部分地區(qū)發(fā)電量超高，則會(huì)出現(xiàn)窩電現(xiàn)象，影響風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)發(fā)展。究其原因，部分地區(qū)傳統(tǒng)火力發(fā)電的電能能夠滿足該地區(qū)人們的用電需求，風(fēng)力發(fā)電廠成為可有可無的基礎(chǔ)設(shè)施。風(fēng)力發(fā)電廠若長時(shí)間未能得到有效運(yùn)用，使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備閑置，會(huì)造成社會(huì)資源浪費(fèi)。為了提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的利用率，降低社會(huì)資源浪費(fèi)率，鼓勵(lì)地區(qū)建設(shè)過程中提升電能利用水平，并依據(jù)地區(qū)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)電能價(jià)格的調(diào)整，確保當(dāng)?shù)厝藗兡軌虺浞掷蔑L(fēng)力發(fā)電的電能，減輕傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的電能輸送，對保護(hù)周圍環(huán)境有積極影響。

3.3增加分散式風(fēng)電、光伏項(xiàng)目開發(fā)

分散式風(fēng)電、光伏最重要的特征是規(guī)模小、離負(fù)荷中心近，可以就地消納，對電網(wǎng)沖擊小，還能因地制宜綜合利用起所有風(fēng)光資源，為提高新能源并網(wǎng)消納提供新的路徑。

3.4配套建設(shè)項(xiàng)目儲(chǔ)能或電網(wǎng)儲(chǔ)能電站

通過新能源項(xiàng)目本身同步建設(shè)一定配比的儲(chǔ)能或電網(wǎng)側(cè)建設(shè)一定數(shù)量的儲(chǔ)能電站，提高新能源發(fā)電量和電網(wǎng)調(diào)峰能力，可解決部分限電和調(diào)峰困難。

3.6通過對存量火電靈活性改造，提高火電調(diào)峰能力

通過對存量火電靈活性改造釋放火電機(jī)組全燃煤調(diào)節(jié)空間，來提高新能源項(xiàng)目的發(fā)電占比，同時(shí)又能保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

3.7配套建設(shè)光熱發(fā)電、制氫等項(xiàng)目

大型集中新能源項(xiàng)目可通過配套建設(shè)光熱、制氫項(xiàng)目，提高自身調(diào)峰和負(fù)荷消納能力。

結(jié)束語

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)是一種新型的電力生產(chǎn)技術(shù)，通過對這一技術(shù)的有效應(yīng)用，可較好地保障中國風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量。然而在該技術(shù)的具體應(yīng)用過程中，往往會(huì)受到諧波、電壓波和閃變的影響，對此，相關(guān)部門必須充分分析和探究該技術(shù)，采取有效措施來對這些影響因素引發(fā)的問題進(jìn)行解決，以此來確保風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的作用得到全面發(fā)揮。

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