浅谈电网接纳大规模风电能力问题

摘要：本文主要论述电网接纳大规模风电能力问题。

关键词：电网；风电；大风电并入大电网；接纳大规模风电能力

Abstract: This paper discusses the grid to accept large-scale wind power capacity.Key words: power; wind power; wind power into the large grid; to accept large-scale wind power capacity

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

大力发展并网型风电，是我国缓解能源供需矛盾，减轻环境污染，调整能源结构，转变经济增长方式的重要战略举措。

“大风电并入大电网”是我国引导风电大发展的重要手段。但绝不是有人认为的“如果大型风电场能接入大电网的话，则其对电网的影响也是可以忽略不计的”。由于电力系统的发电、供电、用电须瞬间同时完成，而负荷用电有峰荷、腰荷、低谷却在时时变化，电源出力就必须严格随负荷用电变化进行调节，时时保持电力平衡，否则负荷的可靠用电乃至电网的安全运行将得不到保障。由于风力发电存在随机性，在我国当前风电场功率预测尚未全面展开、风电机组出力基本不具备在线控制功能、还没有配套建设与风电相对应的随机用电负荷的情况下，大规模风电并入电网，电力系统中风电以外的其他电源除需随负荷用电变化进行调节外，还需为适应风电的随机性进行出力调节，即对这些机组的调峰性能提出了更高要求。这是电网接纳风电能力大小的关键之所在。

显然，一个电网接纳风电既不能没有任何限制，也不应无所作为。因此有必要探求一个拟接入风电的电网其接纳风电的能力有多少；为提高电网接纳风电的能力要采取那些经济合理的技术等措施。这是为了有序、健康发展风电首先要正视和解决的两个问题。

以省级电网为例（区域电网基本相同），其接纳风电的能力主要取决于下列因素：

1 电网的负荷特性；

2 电网（除风电外的）电源装机情况，运行方式安排，调峰能力；

3 接受区外电源（参与本网调峰）的运行情况；

4 垮省（区）联络线（参与本网调峰）的运行要求；

5 风电机组的性能及风电的运行特性：各风电场风电机组的选型情况，据测风数据所得运行工况，有无功率预测，能否进行出力控制，各风电场出力的同时率及与负荷的相关性等。

电网接纳风电的能力，可按如下步骤进行分析：

1 收集网内除风电外的所有发电机组的运行工况、调峰特性及能力。

2 确定设计水平年需要的最大调峰量。

对设计水平年进行负荷预测，提出冬、夏典型日的负荷曲线，比较最大峰谷差，并考虑夏季水电不弃水带基荷、冬季供热机组以热定电等因素确定。

从理论上讲，若条件具备，可将风电作为负的负荷构成综合负荷，进行综合负荷特性预测。这实际很难办到。一般可采取将风电依其运行特性情况做敏感性分析的方法来处理。

3 确定有关边界条件，主要有：

关口调度的要求；

接受区外电源的调峰情况；

网内设计水平年新增电源装机的运行安排，调峰能力；

热电厂的调峰量；

核电是否调峰；

燃机的调峰量；

电源事故备用和负荷备用的安排；

水电站、抽水蓄能电站调峰能力；

风电对负荷的反调节程度，风电的同时率等。

4 调峰平衡

根据典型日的负荷特性，对运行安排的大量燃煤机组，按运行安排考虑调峰时段的耗煤特性、调节速度，按节能调度原则，并保证安全约束，依机组煤耗由大到小安排调峰，并结合前款边界条件，找出调峰能力与调峰需求，确定调峰裕度--电网最小负荷与除风电外电源最小开机方式对应的供电能力之间的电力差值。

5 依调峰裕度为基础，考虑风电反调节和风电的同时率等，即可得到电网接纳风电的能力；并可对风电反调节和风电的同时率进行敏感性分析，得到电网接纳风电的一个范围。

需要指出，大风电接入系统和远距离输送，往往存在无功平衡、电压稳定、输电通道允许的送电容量等技术问题，有时也会制约风电发展。但从本质上讲，这不属于电网接纳风电能力的范畴。应通过输电规划、接入系统设计及建设相关送变电工程解决。

随着经济发展，人们生活水平提高，电网负荷率下降、峰谷差加大是必然趋势。只有改善电网电源结构、增加调峰机组容量、提高调峰能力，才能为大力发展风电提供坚实基础。这是不能回避的。国家发改委2007年组织“可再生能源和能源效率代表团”赴欧调研的有关报告指出：“2006年欧盟新增发电装机容量中，风电新增发电装机容量超过核电、水电和煤电，仅次于天然气发电的装机容量”。这正是欧盟所以能大力发展风电最根本的原因、最首要的措施之所在！值得我们思考、借鉴。

现在我国新装的燃煤机组，设计正常调峰能力可达额定容量的60%，但在运行中往往没有做到，甚至相关管理部门都没有要求达到设计水平，这种潜力应该挖掘。本人不赞成火电采取非常规（开停机、投油）调峰，作为扩大电网接纳风电能力的措施，因为这样做实际是在浪费能源。至于是否用抽水蓄能电站来适应风电，这需认真进行技术经济分析后确定，不宜冒然采 用。

为了提高电网接纳风电的能力，在风电自身采取措施也是十分必要的。

虽然风能本身“无调节能力”，风电存在随机性，但风电场风力发电是有规律可循的。目前世界风电事业发达国家已普遍开展了风电场发电功率预测工作，作为风电运营的必备条件，且预测精度不断提高。电力调度如果能提前掌握电网风电出力情况，将便于对电网其他发电机组进行合理的运行安排，这显然有利于提高电网接纳风电的能力。我国应加快推进此项有重要意义的工作。否则有关文件规定：“每日9时前各发电（包括风电）企业应向有关电力调度机构申报次日发电最大、最小可调出力及出力过程建议曲线”的要求，将不可能实现。

国际上风电事业发达国家的风电机组，已具备其有功、无功出力在线控制功能，在有风发电的情况下，可以实现出力绝对值控制、出力上升和下降速度控制等，甚至可在一定程度上参与电网的调频工作，显然有利于提高电网接纳风电的能力。这样的风电绝不会再被错误称为“垃圾电源”，而成了真正的洁净电源。我国应引导风电走这种“健康”的发展道路。

在有条件的地区建设与风电随机性相适应的特殊用电负荷，也不失为提高电网接纳风电能力的一种措施。

为保证电网安全，特别在电网所有风电场测风时间不够充分，风电尚未实现功率预测，风电机组不具备出力在线控制功能的情况下，在作电网接纳风电能力分析时，一般会把各风电场的同时率、风电对负荷的反调节性估计得比较高，将使所得的电网接纳风电的能力偏于保守（极端情况：高峰负荷时，按风电零出力，安排其他机组保供电；将低谷时，电源尚存的调峰裕度作为电网接纳风电的能力）。

目前，我国风电尚未实现功率预测，风电机组也基本不具备出力在线控制功能。但基于电网所有风电场均（或基本）达到满出力的概率很低的实际情况，视各电网电源结构不同，接纳风电占全网电源装机容量的10%或略高一些，我认为是可以承受的。需要指出：（1）本处所指的是“占全网电源装机容量”，而非为“占全网电源运行容量”，因全网电源运行容量是时刻变化的；（2）本处所指的是“容量”，单位为KW(千瓦)，而不是单位为KWH(千瓦时)的“电量”。

电力调度在安排发电机组时，要保证高峰负荷可靠供电，并留一定事故、负荷备用；低谷时通过调峰压出力保电网频率合格。电网接入相当容量未开展功率预测的风电后，在高峰负荷时，即使风电此时大发，只要压一些其他机组出力（这正符合节能调度原则），便可以保证电网频率合格；最担心的是低谷时各风电场同时达到最大出力（对负荷反调节）。不过因为大量风电机组全年在有效风速运行时间一般可超过7000小时，而折合为额定出力的利用小时只有2000多小时，说明风电机组绝大部分时间处于低出力状态，且全网风电出力同时达最大的概率很低，全网风电出力同时达最大又恰好发生在负荷低谷的概率实际上会更低，但这种可能性还是存在的。若真发生这种情况，风电运企业就不应再片面强调“全额收购”，而应提前按调度指令（或靠自动装置）限制（切除）部分风电。在当前实际情况下，这也不失为多接纳风电的权宜之计。相信随着风电功率预测及风电机组出力在线控制功能的实现，这种局面会得到根本改善。