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千万级的大风电并网都存在什么问题?

作者:中国储能网新闻中心 来源:知乎 发布时间:2019-07-14 浏览:

这个问题挺有意思的。

在回答这个问题之前,先扯点别的东西,学习下他国经验。

提及风电,言必称丹麦,2013年丹麦电力有近4成来自于风力,这是个很夸张的数字。

那丹麦乃至欧美的风电并网和我国的大规模风电并网有什么不同呢?

1、数量级不同

中国所谓‘大规模’指的是千万千瓦级风场,而欧美的‘大规模’指的是几十万千瓦级的风场;中国所说的‘远距离’指的是几百上千公里的输送,欧美的‘远距离’基本上在一百公里左右。以美国得克萨斯为例,在美国算是大型风场,其最大风电场仅为73万千瓦,风电集中输送也仅有上百公里。

2、并网思路不同

我国风电存在“大基地建设,大规模送出”的思路,欧美则是“”分散接入,就地消纳“的思路,这里先不提好坏,只说事实。德国2006年风电场装机容量小于50MW,接入110kV以下配电网规模约占总量的70%;丹麦风电机组主要接入30kV及以下网络,2006年底丹麦风电装机容量中,约88%接入低压网络和10~30kV配电网。

3、能源结构不同

欧洲燃气、燃油发电和水电比例大,调峰能力强。拿丹麦来说,丹麦的地理位置优越,北有水力发电站,南有火电发电厂。因此当风力不够的时候,可以从挪威引进环保的水电。电力的互送非常频繁,一年中,丹麦要进出口的电相当于该国总用电量的30%。而我国幅员辽阔,电源负荷分布不均,而且电源以火电为主,调节能力相对较差,具体的下面细说。

4、对电网的要求不同

欧洲风电基本是分散接入,对电网用户侧的智能化要求是比较高的,而欧洲电网也是围绕这个方向在发展;而我国的大规模送出则是另一个课题了,面对的困难也不一样。

所以,欧洲有些风电并网的经验可以借鉴,但是很多困难却是特殊的。

下面具体说说千万级风电并网的问题。

5、能源结构

上面已经提到了,这里详细的描述下。

风电大家都知道是具有波动性的,从一年中风电场每天平均输出功率看,每天最大和最少发电量至少相差约40~50倍。从微观上分析一天内的输出功率变化,风电在24小时内仍处于非常不稳定状态,输出功率(兆瓦)在0~100之间随机波动。

而且,夜晚用电负荷处于低谷时段风电发电出力往往较大,即使常规电源降出力,当风电规模达到一定程度(大于低谷用电负荷),也难免出现限电弃风。下图为风电出力曲线和负荷需求曲线对照。

风电的波动性带来的是它需要对应合理的电源进行调峰,从而来满足负荷平衡。而我国以煤电为主的电网难以为风电做深度调峰的。2012年我国煤电发电量占总发电量的73.9%。而欧美国家的能源结构是以石油、天然气等为主,其中美国27%是天然气发电;英国燃气发电比例更高达60%;北欧国家水电占90%。

所以,这些国家电网对风电并网容纳能力远高于我国,这是因为燃气、燃油发电和水电的调峰能力比煤电强,在一定范围内能有效减少风电波动对电网的危害。即便如此,美国、丹麦等西方国家也已遭遇大规模风电上网难的制约。

这是比较本质的问题。

6、电网问题

这是中国大规模风电并网面对的特殊问题,当然,欧洲海上风电以后集中打捆送出也会需要到这个问题,但送出距离比我国近很多。

首先这个大规模并网的可行性需要论证,上千万千瓦级超大型电源建设,涉及电力系统规划的问题十分复杂,仅三峡工程电力输出规划就论证了十多年,因此,千万千瓦级的风电项目大规模送出怎么可能不需要充分论证?

对电网的影响,大概说来,试想下,有几千台甚至上万台风力发电机组在同一接入点接入电网,风电输送线路长度可能达到几百甚至上千公里。风电出力的随机波动导致线路无功的流向和规模频繁变化,只依靠电网进行无功调节是无法满足风电波动对电压的影响的。另外,当风电机组低电压穿越能力不足时,电网一个很小的故障,也可能使风电基地切除,可能造成重大电网事故。

即使论证可行,一般来说,电网的建设是远远滞后于风电建设的,具体实施起来也有很多困难。

抛开规模不谈,欧洲的风电并网的电网适应性还是比较好的。

举个例子,在星期六凌晨4点前后风电大发时,丹麦风电出力占负荷需求的比重可达95%以上,此时丹麦向北欧电网输出电力,北欧电网通过跨国/跨区输电网为丹麦电网提供备用,以保证电网安全稳定运行。而在星期六18点前后风速超过25m/s时,风机退出运行,风电场出力急剧下降,此时北欧电网向丹麦输入大量电力,满足负荷需求。

7、其他问题  风电运行管理水平

这块,欧洲水平是很高的,以西班牙和丹麦为代表。他们广泛开展了风电功率预测工作,都实现了风电输出功率的日前预测,西班牙规定风电出力预测误差超过20%时将被罚款,2006年,西班牙绝大多数风电场发电量都销售给了电网企业,只有不到5%的风电由于预测误差超过20%,发电企业不愿交罚金而采取了弃风措施。然后对风电场进行有效调控,如西班牙成立可再生能源电力控制中心(CECRE),对风电场进行有效监控和有序调控,水平非常高。

我国这方面就差强人意了。

8、电价等管理政策

这块不太好说,毕竟国家不同。

就说德国吧,德国1991年颁布的《电力入网法》强制要求公用电力公司收购可再生能源电力,但1998年后德国电力行业市场化,销售电价整体下降,为了缓解压力,2000年4月德国出台了《可再生能源法》,核心政策调整为可再生能源强制入网,采用固定电价优先购买,并建立了可再生能源电力成本全网分摊制度。2009年1月,针对风电在电源结构中的比例不断提高、对电网安全稳定运行影响日渐突出,又颁布了可再生能源法修正案(EEG2009),对部分情况下风电可不优先收购进行了规定。

可以看出,非常灵活,我国任重道远。

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关键字:风电

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