可行性研究報告——黑龍江省電網(wǎng)接納風(fēng)電能力研究.doc

黑龍江省電網(wǎng)接納風(fēng)電能力研究目的和意義 大力發(fā)展并網(wǎng)型風(fēng)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(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的重要戰(zhàn)略舉措。大風(fēng)電并入大電網(wǎng)”是我國引導(dǎo)風(fēng)電大發(fā)展的重要手段。但絕不是有人認(rèn)為的“如果大型風(fēng)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(fù)荷用電有峰荷、腰荷、低谷卻在時時變化，電源出力就必須嚴(yán)格隨負(fù)荷用電變化進行調(diào)節(jié)，時時保持電力平衡，否則負(fù)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(fēng)力發(fā)電存在隨機性，在我國當(dāng)前風(fēng)電場功率預(yù)測尚未全面展開、風(fēng)電機組出力基本不具備在線控制功能、還沒有配套建設(shè)與風(fēng)電相對應(yīng)的隨機用電負(fù)荷的情況下，大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)中風(fēng)電以外的其他電源除需隨負(fù)荷用電變化進行調(diào)節(jié)外，還需為適應(yīng)風(fēng)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(fēng)電能力大小的關(guān)鍵之所在。 黑龍江省地區(qū)負(fù)荷特點是冬季負(fù)荷水平較高，峰谷差較大，年負(fù)荷曲線呈“U”形。負(fù)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(fù)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(fēng)電電力的情況。黑龍江省地區(qū)冬季溫度較低，供熱負(fù)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(fù)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(fù)荷低谷調(diào)峰能力。顯然，電網(wǎng)接納風(fēng)電既不能沒有任何限制，也不應(yīng)無所作為。因此有必要探求一個擬接入風(fēng)電的電網(wǎng)其接納風(fēng)電的能力有多少；為提高電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力要采取那些經(jīng)濟合理的技術(shù)等措施。這是為了有序、健康發(fā)展風(fēng)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(fēng)電的加速發(fā)展，電網(wǎng)接納風(fēng)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(fēng)電接入電網(wǎng)的關(guān)鍵問題，需要客觀分析國外風(fēng)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(fēng)電的反調(diào)峰問題。風(fēng)電規(guī)模居世界前列的歐洲國家如丹麥、德國，雖然風(fēng)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(fēng)電比例并不高，2009 年風(fēng)電占?xì)W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?xì)鈾C組和豐富的水電資源，可以平衡風(fēng)電功率波動、緩解風(fēng)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(fēng)電裝機接入60 千伏及以下的配電網(wǎng)；德國絕大多數(shù)風(fēng)電場規(guī)模較小，分散接入配電網(wǎng)；美國目前風(fēng)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(fēng)電富集地區(qū)風(fēng)電開發(fā)規(guī)模不斷加大和海上風(fēng)電的開發(fā)，風(fēng)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(fù)荷中心，將成為未來風(fēng)電消納的主要方式之一。第三，歐洲各國對風(fēng)電場均有嚴(yán)格的接入電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要求風(fēng)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(fēng)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(fēng)電并網(wǎng)，要求風(fēng)電機組具備低電壓穿越能力、功率控制能力等，并建立了風(fēng)電并網(wǎng)認(rèn)證制度，開展風(fēng)電機組并網(wǎng)符合性檢測及風(fēng)電機組模型驗證工作，確保風(fēng)電場符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。西班牙建立了風(fēng)電場并網(wǎng)審查管理機制，評價大型風(fēng)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(shè)風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，將風(fēng)電納入電力市場或電網(wǎng)調(diào)度體系。目前，德國所有風(fēng)電的總出力預(yù)測精度能夠達到90% 以上。第四，歐洲各國均通過相關(guān)政策鼓勵風(fēng)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(fēng)電機組，通過提供資金方式幫助已安裝的風(fēng)電機組滿足并網(wǎng)導(dǎo)則的要求；將風(fēng)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(fēng)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(dǎo)則要求的風(fēng)電機組不給予補貼電價，對于無法提供準(zhǔn)確預(yù)測的風(fēng)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(fēng)電事業(yè)發(fā)達國家的風(fēng)電機組，已具備有功、無功出力在線控制功能。在有風(fēng)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(fēng)電的能力。我國風(fēng)電裝機容量迅速擴大，風(fēng)機技術(shù)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(fēng)電場的上網(wǎng)時間，所以電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的滯后限制了風(fēng)電的進一步發(fā)展。限制我國電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力主要取決于下列因素：1、電網(wǎng)的負(fù)荷特性；2、電網(wǎng)（除風(fēng)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(luò)線（參與本網(wǎng)調(diào)峰）的運行要求；5、風(fēng)電機組的性能及風(fēng)電的運行特性：各風(fēng)電場風(fēng)電機組的選型情況，據(jù)測風(fēng)數(shù)據(jù)所得運行工況，有無功率預(yù)測，能否進行出力控制，各風(fēng)電場出力的同時率及與負(fù)荷的相關(guān)性等。由此可知，影響我國風(fēng)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(shè)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(fēng)電機組選型及接入系統(tǒng)中解決；而影響風(fēng)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(shè)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(fēng)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(fēng)電場出力進行分析，并結(jié)合各水平年電源規(guī)劃及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、各水平年負(fù)荷水平預(yù)測等為基本依據(jù)和相關(guān)條件進行計算，從而得到黑龍江電網(wǎng)接納風(fēng)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(fù)荷預(yù)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(jié)構(gòu)、各水平年負(fù)荷水平預(yù)測等為計算的基本依據(jù)和相關(guān)條件，并根據(jù)實際的歷史數(shù)據(jù)，對黑龍江風(fēng)能資源數(shù)據(jù)及其與電網(wǎng)負(fù)荷的相關(guān)性進行分析，同時詳細(xì)地分析各水平年負(fù)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(fēng)電的接納能力，并對相關(guān)因素的敏感性進行分析；3、綜合上述結(jié)果，給出相應(yīng)水平年黑龍江電網(wǎng)在技術(shù)上的風(fēng)電接入能力，總結(jié)黑龍江電網(wǎng)風(fēng)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(fēng)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(fēng)電場出力同時率、相關(guān)性研究。收集最近兩年內(nèi)黑龍江省并網(wǎng)的風(fēng)電場輸出功率數(shù)據(jù)，研究同一地區(qū)或不同地區(qū)風(fēng)電場之間出力的相關(guān)性及全網(wǎng)風(fēng)電場功率輸出同時率指標(biāo)?？偨Y(jié)全網(wǎng)風(fēng)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(fēng)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(gòu)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(fù)荷，根據(jù)鍋爐廠家提供的技術(shù)協(xié)議，鍋爐的最低穩(wěn)燃負(fù)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(yīng)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(jié)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(fēng)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(fēng)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(xué)研究院鍋爐所來完成，其他工作由黑龍江省電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所完成。第三步：確定設(shè)計水平年需要的最大調(diào)峰量。對設(shè)計水平年進行負(fù)荷預(yù)測，提出冬、夏典型日的負(fù)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(fù)荷預(yù)測內(nèi)容包括：1）需電量和需發(fā)電負(fù)荷預(yù)測；2）黑龍江電網(wǎng)電力負(fù)荷特性分析及預(yù)測：（1）夏季典型日負(fù)荷特性分析及預(yù)測；（2）冬季典型日負(fù)荷特性分析及預(yù)測；（3）年負(fù)荷特性分析及預(yù)測；（4）負(fù)荷峰谷差預(yù)測。從理論上講，若條件具備，可將風(fēng)電作為負(fù)的負(fù)荷構(gòu)成綜合負(fù)荷，進行綜合負(fù)荷特性預(yù)測。這實際很難辦到。一般可采取將風(fēng)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(xué)研究院系統(tǒng)所完成。第四步：確定有關(guān)邊界條件，主要有：（1）關(guān)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(shè)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(fù)荷備用的安排；（7）水電站、抽水蓄能電站調(diào)峰能力；（8）風(fēng)電對負(fù)荷的反調(diào)節(jié)程度，風(fēng)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(fù)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(jié)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(xué)研究院系統(tǒng)所完成。第六步：依調(diào)峰裕度為基礎(chǔ)，考慮風(fēng)電反調(diào)節(jié)和風(fēng)電的同時率等，編寫黑龍江省電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力的研究報告。對風(fēng)電反調(diào)節(jié)和風(fēng)電的同時率進行敏感性分析，得到黑龍江省電網(wǎng)接納風(fēng)電的一個范圍。此工作由黑龍江省電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所完成。五、預(yù)期目標(biāo)和成果形式1. 項目研究預(yù)期達到的目標(biāo)（1）利用統(tǒng)計方法，建立以風(fēng)電最大同時率K和風(fēng)電出力為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)此數(shù)學(xué)模型預(yù)測出風(fēng)電出力范圍的概率；利用統(tǒng)計方法，建立風(fēng)電對負(fù)荷的峰谷差的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)此數(shù)學(xué)模型預(yù)測出風(fēng)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(jié)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(jié)構(gòu)的分析，建立風(fēng)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(yīng)水平年黑龍