可行性研究報告——黑龍江省電網(wǎng)接納風電能力研究.doc

黑龍江省電網(wǎng)接納風電能力研究目的和意義 大力發(fā)展并網(wǎng)型風電，是我國緩解能源供需矛盾，減輕環(huán)境污染，調(diào)整能源結構，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的重要戰(zhàn)略舉措。大風電并入大電網(wǎng)”是我國引導風電大發(fā)展的重要手段。但絕不是有人認為的“如果大型風電場能接入大電網(wǎng)的話，則其對電網(wǎng)的影響也是可以忽略不計的”。由于電力系統(tǒng)的發(fā)電、供電、用電須瞬間同時完成，而負荷用電有峰荷、腰荷、低谷卻在時時變化，電源出力就必須嚴格隨負荷用電變化進行調(diào)節(jié)，時時保持電力平衡，否則負荷的可靠用電乃至電網(wǎng)的安全運行將得不到保障。由于風力發(fā)電存在隨機性，在我國當前風電場功率預測尚未全面展開、風電機組出力基本不具備在線控制功能、還沒有配套建設與風電相對應的隨機用電負荷的情況下，大規(guī)模風電并入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)中風電以外的其他電源除需隨負荷用電變化進行調(diào)節(jié)外，還需為適應風電的隨機性進行出力調(diào)節(jié)，即對這些機組的調(diào)峰性能提出了更高要求。這是電網(wǎng)接納風電能力大小的關鍵之所在。 黑龍江省地區(qū)負荷特點是冬季負荷水平較高，峰谷差較大，年負荷曲線呈“U”形。負荷特性特點進一步?jīng)Q定黑龍江省電網(wǎng)冬季低谷調(diào)峰的困難程度。負荷低谷時，即使停掉運行水電機組并將火電機組出力降至最低后，仍不能維持系統(tǒng)頻率要求，需要進一步降低火電機組出力，即出現(xiàn)常規(guī)火電機組進行深度調(diào)峰來接納風電電力的情況。黑龍江省地區(qū)冬季溫度較低，供熱負荷較大。黑龍江省電網(wǎng)供熱機組在冬季運行要滿足供熱負荷，所以熱電機組出力不能小于供熱需求，因此限制了機組的最低出力，大大削減了機組的負荷低谷調(diào)峰能力。顯然，電網(wǎng)接納風電既不能沒有任何限制，也不應無所作為。因此有必要探求一個擬接入風電的電網(wǎng)其接納風電的能力有多少；為提高電網(wǎng)接納風電的能力要采取那些經(jīng)濟合理的技術等措施。這是為了有序、健康發(fā)展風電首先要正視和解決的兩個問題。一、 國內(nèi)外研究水平綜述隨著風電的加速發(fā)展，電網(wǎng)接納風電能力的問題也越來越引起國內(nèi)外重視。為探索解決我國風電接入電網(wǎng)的關鍵問題，需要客觀分析國外風電接入的特點。 首先，歐洲國家電網(wǎng)高度互聯(lián)，各國之間充分利用電網(wǎng)互聯(lián)，共享調(diào)峰能力，有效解決風電的反調(diào)峰問題。風電規(guī)模居世界前列的歐洲國家如丹麥、德國，雖然風電裝機占本國電源裝機接近或超過20%，但對于更廣泛的歐洲互聯(lián)電網(wǎng)來說，風電比例并不高，2009 年風電占歐洲電網(wǎng)總裝機比例不超過6%。歐洲電網(wǎng)擁有大量靈活可調(diào)的燃氣機組和豐富的水電資源，可以平衡風電功率波動、緩解風電對電網(wǎng)造成的影響。其次，從接入電壓等級來看，目前多為分散接入低壓配電網(wǎng)，但也呈現(xiàn)出集中接入高電壓等級的趨勢。目前，丹麥約有89% 的風電裝機接入60 千伏及以下的配電網(wǎng)；德國絕大多數(shù)風電場規(guī)模較小，分散接入配電網(wǎng)；美國目前風電場平均規(guī)模為12萬千瓦，主要就近消納。隨著上述國家風電富集地區(qū)風電開發(fā)規(guī)模不斷加大和海上風電的開發(fā)，風電接入的電壓等級將不斷提高，通過高壓輸電網(wǎng)輸送至負荷中心，將成為未來風電消納的主要方式之一。第三，歐洲各國對風電場均有嚴格的接入電網(wǎng)技術標準，要求風電場參與電網(wǎng)的電壓與頻率控制，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。丹麥最大的風電場（16萬千瓦）安裝了中央控制系統(tǒng)，可以接受電力調(diào)度部門的指令實現(xiàn)電壓控制與有功功率控制。德國針對大規(guī)模風電并網(wǎng)，要求風電機組具備低電壓穿越能力、功率控制能力等，并建立了風電并網(wǎng)認證制度，開展風電機組并網(wǎng)符合性檢測及風電機組模型驗證工作，確保風電場符合并網(wǎng)標準的要求。西班牙建立了風電場并網(wǎng)審查管理機制，評價大型風電場接入是否影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。同時，各國還積極開發(fā)建設風電功率預測系統(tǒng)，將風電納入電力市場或電網(wǎng)調(diào)度體系。目前，德國所有風電的總出力預測精度能夠達到90% 以上。第四，歐洲各國均通過相關政策鼓勵風電盡可能按照常規(guī)電源的方式進入電網(wǎng)。德國政府對于2003 年后安裝的風電機組，通過提供資金方式幫助已安裝的風電機組滿足并網(wǎng)導則的要求；將風電上網(wǎng)電價分為最低保護電價與鼓勵電價兩部分，通過調(diào)節(jié)鼓勵電價，減小因資源條件引起的收益差別。西班牙政府通過制定“政府補貼電價+電力市場競價”政策，既為風電提供最基本的電價保障，又鼓勵其參與電力市場競爭。政府對不滿足并網(wǎng)導則要求的風電機組不給予補貼電價，對于無法提供準確預測的風電場，將給予像常規(guī)電源一樣的經(jīng)濟處罰。綜上所述，國際上風電事業(yè)發(fā)達國家的風電機組，已具備有功、無功出力在線控制功能。在有風發(fā)電的情況下，可以實現(xiàn)出力絕對值控制、出力上升和下降速度控制等，甚至可在一定程度上參與電網(wǎng)的調(diào)頻工作。顯然這有利于提高電網(wǎng)接納風電的能力。我國風電裝機容量迅速擴大，風機技術水平逐漸提高，而必須與此相匹配的電網(wǎng)堅強程度和接納能力發(fā)展的卻稍滯后，不能保證風電場的上網(wǎng)時間，所以電網(wǎng)接納風電能力的滯后限制了風電的進一步發(fā)展。限制我國電網(wǎng)接納風電的能力主要取決于下列因素：1、電網(wǎng)的負荷特性；2、電網(wǎng)（除風電外的）電源裝機情況，運行方式安排，調(diào)峰能力；3、接受區(qū)外電源（參與本網(wǎng)調(diào)峰）的運行情況；4、垮省（區(qū)）聯(lián)絡線（參與本網(wǎng)調(diào)峰）的運行要求；5、風電機組的性能及風電的運行特性：各風電場風電機組的選型情況，據(jù)測風數(shù)據(jù)所得運行工況，有無功率預測，能否進行出力控制，各風電場出力的同時率及與負荷的相關性等。由此可知，影響我國風電消納能力的因素很多，包括調(diào)峰能力、無功補償、暫態(tài)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定、電能質(zhì)量等種種因素。其中，穩(wěn)定可以通過加強電網(wǎng)來解決，并在輸電規(guī)劃、接入系統(tǒng)設計等階段進行深入論證；無功補償可以通過增加配置等手段解決；電能質(zhì)量可以在風電機組選型及接入系統(tǒng)中解決；而影響風電消納最主要的因素就是調(diào)峰能力，并且無法通過地區(qū)電網(wǎng)建設來解決。所以我們重點從黑龍江電網(wǎng)調(diào)峰能力的角度來論證消納風電能力。二、 項目的理論和實踐依據(jù)項目的理論：利用數(shù)理統(tǒng)計的分析方法對歷年的風電場出力進行分析，并結合各水平年電源規(guī)劃及電網(wǎng)結構、各水平年負荷水平預測等為基本依據(jù)和相關條件進行計算，從而得到黑龍江電網(wǎng)接納風電的能力。所依據(jù)的規(guī)程： DL755-2001 SDGJ84-88 SDJ161-85 SD131-84所依據(jù)的文件：黑龍江省電力有限公司.黑龍江省電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃黑龍江省電力有限公司.黑龍江省發(fā)電廠機組額定容量統(tǒng)計表黑龍江省電力有限公司.黑龍江省“十二五”電源裝機及電力平衡表黑龍江省電力有限公司.黑龍江省負荷預測報告三、 項目研究內(nèi)容和實施方案項目研究內(nèi)容：1、以研究水平年的確定、各水平年電源規(guī)劃及電網(wǎng)結構、各水平年負荷水平預測等為計算的基本依據(jù)和相關條件，并根據(jù)實際的歷史數(shù)據(jù)，對黑龍江風能資源數(shù)據(jù)及其與電網(wǎng)負荷的相關性進行分析，同時詳細地分析各水平年負荷變化特性；2、通過計算黑龍江電網(wǎng)目前運行機組的調(diào)峰能力，分析受電斷面參與調(diào)峰的比例、分析各研究水平年的機組調(diào)峰能力以及根據(jù)各水平年的調(diào)峰能力給出風電的接納能力，并對相關因素的敏感性進行分析；3、綜合上述結果，給出相應水平年黑龍江電網(wǎng)在技術上的風電接入能力，總結黑龍江電網(wǎng)風電接入的限制因素，提出改進措施和建議。具體實施方案：電網(wǎng)接納風電的能力，可按如下步驟進行分析：第一步：黑龍江省地區(qū)風電場出力同時率、相關性研究。收集最近兩年內(nèi)黑龍江省并網(wǎng)的風電場輸出功率數(shù)據(jù)，研究同一地區(qū)或不同地區(qū)風電場之間出力的相關性及全網(wǎng)風電場功率輸出同時率指標?？偨Y全網(wǎng)風電功率的規(guī)律性。此工作由黑龍江省電力調(diào)度中心來完成。第二步：收集黑龍江電網(wǎng)內(nèi)除風電機組以外的所有發(fā)電機組的運行工況、調(diào)峰特性及能力。研究常規(guī)火電機組、熱電機組、水電機組、抽水蓄能機組等的調(diào)峰特性。主要包括以下內(nèi)容：1）黑龍江省電網(wǎng)現(xiàn)狀2）黑龍江省發(fā)電現(xiàn)狀（1）裝機構成及發(fā)電情況；（2）火電裝機現(xiàn)狀及調(diào)峰能力；（3）水電裝機現(xiàn)狀及調(diào)峰能力其中火電機組常規(guī)調(diào)峰時的最小出力率主要取決于鍋爐的最低穩(wěn)燃負荷，根據(jù)鍋爐廠家提供的技術協(xié)議，鍋爐的最低穩(wěn)燃負荷一般均能達到機組額定出力的30%，考慮到煤質(zhì)和爐型的影響，火電機組常規(guī)調(diào)峰的最小出力率應大于30%，所以具體的數(shù)據(jù)，有待鍋爐專家的進一步論證。所以我們結合鍋爐專家共同收集全省所有火電廠的機組常規(guī)調(diào)峰時的最小出力情況，目前做風電接納能力研究所利用的發(fā)電機組的最小出力都是由廠家給出或是專家估算，還沒有達到精確的程度，如果一個發(fā)電機組的出力能夠降低一點，那么省網(wǎng)接納風電能力就會顯著提高。此最小出力能力的測算工作由黑龍江省電力科學研究院鍋爐所來完成，其他工作由黑龍江省電力科學研究院系統(tǒng)所完成。第三步：確定設計水平年需要的最大調(diào)峰量。對設計水平年進行負荷預測，提出冬、夏典型日的負荷曲線，比較最大峰谷差，并考慮夏季水電不棄水帶基荷、冬季供熱機組以熱定電等因素確定。其中負荷預測內(nèi)容包括：1）需電量和需發(fā)電負荷預測；2）黑龍江電網(wǎng)電力負荷特性分析及預測：（1）夏季典型日負荷特性分析及預測；（2）冬季典型日負荷特性分析及預測；（3）年負荷特性分析及預測；（4）負荷峰谷差預測。從理論上講，若條件具備，可將風電作為負的負荷構成綜合負荷，進行綜合負荷特性預測。這實際很難辦到。一般可采取將風電依其運行特性情況做敏感性分析的方法來處理。此工作由黑龍江省電力科學研究院系統(tǒng)所完成。第四步：確定有關邊界條件，主要有：（1）關口調(diào)度的要求；（2）接受省外電源的調(diào)峰情況；（3）黑龍江省電網(wǎng)內(nèi)設計水平年新增電源裝機的運行安排，調(diào)峰能力；（4）熱電廠的調(diào)峰量；（5）燃機的調(diào)峰量；（6）電源事故備用和負荷備用的安排；（7）水電站、抽水蓄能電站調(diào)峰能力；（8）風電對負荷的反調(diào)節(jié)程度，風電的同時率等。此工作由黑龍江省電力調(diào)度中心完成。第五步：調(diào)峰平衡根據(jù)典型日的負荷特性，對運行安排的大量燃煤機組，按運行安排考慮調(diào)峰時段的耗煤特性、調(diào)節(jié)速度，按節(jié)能調(diào)度原則，并保證安全約束，依機組煤耗由大到小安排調(diào)峰，并結合前款邊界條件，找出調(diào)峰能力與調(diào)峰需求，確定調(diào)峰裕度。此工作由黑龍江省電力科學研究院系統(tǒng)所完成。第六步：依調(diào)峰裕度為基礎，考慮風電反調(diào)節(jié)和風電的同時率等，編寫黑龍江省電網(wǎng)接納風電的能力的研究報告。對風電反調(diào)節(jié)和風電的同時率進行敏感性分析，得到黑龍江省電網(wǎng)接納風電的一個范圍。此工作由黑龍江省電力科學研究院系統(tǒng)所完成。五、預期目標和成果形式1. 項目研究預期達到的目標（1）利用統(tǒng)計方法，建立以風電最大同時率K和風電出力為基礎的數(shù)學模型，并根據(jù)此數(shù)學模型預測出風電出力范圍的概率；利用統(tǒng)計方法，建立風電對負荷的峰谷差的數(shù)學模型，并根據(jù)此數(shù)學模型預測出風電增大峰谷差的值范圍的概率；（2）鍋爐專家根據(jù)歷年數(shù)據(jù)的分析并結合現(xiàn)場試驗，得到常規(guī)發(fā)電機組的最低出力；（3）通過對全省電源結構的分析，建立風電調(diào)峰補償機制，提出改善電網(wǎng)調(diào)峰能力的合理化建議；給出相應水平年黑龍