抽水蓄能與風電聯(lián)合運行互補性分析

抽水蓄能與風電聯(lián)合運行互補性分析摘要：風能是一種可再生能源，將其用于發(fā)電，再加上燃料消耗減少，可減少污染。但是風力發(fā)電存在很多問題，比如風力發(fā)電的滲透率提高，可能會影響電網(wǎng)的安全性。對于風力發(fā)電，存在斷續(xù)性、波動性、逆向運行等特點，電壓波動和頻率波動等問題，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行和電能質量產(chǎn)生了不利影響。因此，研究風電并網(wǎng)后的最優(yōu)規(guī)劃對于解決上述問題至關重要。關鍵詞：抽水蓄能；聯(lián)合運行；風力發(fā)電引言我國關于風電與抽水蓄能聯(lián)合運行模式的研究起步較晚，目前處于快速發(fā)展階段，國外相對來說在這方面的研究較多。對優(yōu)質調峰電源的比重需求有所增加例如現(xiàn)階段成熟先進的抽水蓄能技術。抽水蓄能電站啟停迅速，運行方式切換靈活，可彌補風電反調峰特性，提高了電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。1風電與抽水蓄能聯(lián)合運行原理1.1抽水蓄能的工作原理抽水蓄能電站的原理就是一個能量轉化的過程，其過程如圖1所示，在電網(wǎng)負荷低谷時，將水從下水庫通過壓力水管輸送到上水庫貯存起來，在電網(wǎng)用電高峰期，再將儲存在上水庫的水放出來，用來發(fā)電，以滿足所需求的供電量，就這樣循環(huán)往復地工作。圖1抽水蓄能電站原理圖1.2風力發(fā)電的工作原理風力發(fā)電的原理是自然風吹過來經(jīng)過風車，帶動風車的葉片轉動，風車轉動產(chǎn)生機械能，經(jīng)過齒輪箱，齒輪箱中有低速轉軸和高速轉軸，經(jīng)過轉軸加速，然后經(jīng)過雙饋發(fā)電機，轉變?yōu)殡娔?，再通過變換器之后，將電能輸送到電網(wǎng)。1.3聯(lián)合運行的意義風是由于太陽輻射到地球而引起的自然現(xiàn)象。風能是廉價的清潔的可再生能源。隨著科技的進步、人類的發(fā)展，人們對能源的需求量急劇升高，不可再生能源例如化石能源等越來越不能滿足人類需求而且對環(huán)境污染嚴重，所以人們對于清潔可再生的能源極為需求。風能不會污染環(huán)境，而且地球上的風能蘊藏量也很大，所以風能的開發(fā)利用應運而生，隨著研究的不斷深入發(fā)展，風能已經(jīng)被大規(guī)模地開發(fā)利用。而且近年來風電裝機容量急劇升高，很多的國家都出臺相對的政策來開發(fā)利用風能以代替其他的不可再生能源，但是隨著對風能需求量以及開發(fā)量的增多，風能的劣勢也逐漸體現(xiàn)了出來。人們認識到自然風會受到很多條件的制約，而且風力發(fā)電受到的制約更大，例如風的強度和方向、氣候、溫度、天氣以及風電場所處的地理位置等等，導致了風力發(fā)電的輸出功率具有間歇性、隨機變化性、不確定性、難以預測性和波動性等特點，大大限制了對風能的開發(fā)利用，而且給風電的管理運營等造成了很多不便，還會帶來經(jīng)濟上的損失和安全上的隱患。所以為了提高風力發(fā)電的可靠性風能這些劣勢亟待解決。抽水蓄能電站是一種可再生能源，而且對環(huán)境效益有益還能起到很好的調頻、調相、調峰等工作。對于風電的劣勢也能有很好的補充調節(jié)作用，因此需要抽水蓄能電站來配合風電場發(fā)電，提高其輸出功率的穩(wěn)定性和連續(xù)性。1.4抽水蓄能-風電聯(lián)合運行的原理含風電和抽水蓄能的聯(lián)合運行模式主要有以下三種運行方式：1）將全部的風電都用來給抽水蓄能電站抽水。當風電場的輸出功率需要全部用來抽水時，打開開關d,關閉開關c。當有剩余的電量時，將b打開，抽蓄電站可以用多余的電來抽水；閉合開關a,使抽蓄電站來帶負荷。2）風電場的電量全部輸進電網(wǎng)。將開關c閉合再將d關閉，風電場的電量將全部用來輸進電網(wǎng)。3）其中的一部分輸入到電網(wǎng)，另一部分供抽水蓄能電站抽水。將開關a打開，僅用抽蓄電站來滿足系統(tǒng)負荷的要求，當滿足系統(tǒng)負荷有剩余電量時，打開開關b。當風電的出力情況不足以滿足可接受的風電的上限的時候，閉合d；當可以滿足可接受的風電的上限的時候，閉合d,將負荷系統(tǒng)所需要的電量輸入到電網(wǎng)中去，再打開開關c,將滿足系統(tǒng)負荷后多余的電量輸入到抽蓄電站。1.5有效措施與優(yōu)勢關于把大比重的風電輸入電網(wǎng)會影響電網(wǎng)的供電質量等問題，如果只是減小或阻止風電在電網(wǎng)中的加入比重值，或者直接調大風機的功率的話不能解決其根本性問題，正確的方式是，可以構建一個蓄能系統(tǒng)，其理念是將風電在某種形式上輸入電網(wǎng)和儲蓄起來的方式，確保能為電網(wǎng)穩(wěn)定進行供電。現(xiàn)如今，對風電具有蓄能作用的形式大概有如下五種：水力蓄能、超導磁力蓄能、流體電池、壓縮空氣蓄能和電解水制氫。其中的“風電-抽水蓄能聯(lián)合運行系統(tǒng)”形式已經(jīng)被充分利用起來了。比如：西班牙國家就已經(jīng)將風電-抽水蓄能聯(lián)合運行理念進行利用了，它在對ELHierro島和Canary島進行風能資源開發(fā)的時候,同時建立了抽水蓄能電站，完成了對“聯(lián)合運行”的運用。位于前列的德國、丹麥和美國等國家，也都已經(jīng)將此理論應用到實例工程中了。因此，各界人士對抽水蓄能電站的優(yōu)點進行了綜合性的總結，主要包括：對電網(wǎng)負荷變化的反應迅速且調節(jié)力好，能量儲存和轉換的容量較大且效率高，調峰、填谷、調頻、調相和事故備用的運行性能良好，建設技術成熟的情況下且成本相對較低，強迫停止運行的發(fā)生情況低，總體運行安全系數(shù)高和平衡度保持良好和供電的質量高。所以，對“風電-抽水蓄能聯(lián)合運行系統(tǒng)”理論的良好運用，即具體運行內容是指：把大比重的風電，轉換成電能輸入在電網(wǎng)中，且能保證高質量的供電；當電網(wǎng)的負荷在最低值的時候，能夠把多出的風電轉變成水能的儲蓄的方式，即能防止風機棄荷的情況出現(xiàn)，在供電質量確保的情況下，加強對風能資源的利用率和逐步達到其最大化。2抽水蓄能及與風電組合運行2.1具體內容抽水蓄能電站在運行的后半部分儲存電網(wǎng)中多余的能量，將其轉化為水能，然后作為調頻能量進入電網(wǎng)。當網(wǎng)絡達到最大值時。簡而言之，這是關于余出的電能轉換成具有規(guī)劃性能和能源儲備能力的高質量發(fā)電廠。因此，它的優(yōu)點和集成使這種聯(lián)合操作模式成為調節(jié)電網(wǎng)頻率調制的重要因素。2.2有效的運用結論目前來說，我國尚處于對聯(lián)合運行系統(tǒng)的初步設計和研究的階段，而于風電資源開發(fā)技術位于前茅的國家來說，已是成熟研究與實踐運用過程了，得出了以下總結以國內加以借鑒，包括有：風電在直接輸入電網(wǎng)的過程中存在一定風險，而風電-抽水蓄能系統(tǒng)的聯(lián)合運行理論，是把超出比重的風電進行抽水式存蓄，而在負荷值達到最大時，優(yōu)先使用存蓄的蓄能進行發(fā)電的一種有效的技術路線；優(yōu)化計算和運行分析，同時對峰谷電價差異進行分析和考慮，是完全經(jīng)濟的；當專門探討這些島嶼時，提出了為島嶼風能開發(fā)可再生資源的可能性，其有效戰(zhàn)略是參照聯(lián)合操作系統(tǒng)；與傳統(tǒng)風力系統(tǒng)的問題和缺點相比，與過去一年相比，組合操作系統(tǒng)可以將電費收入增加到每天15萬元左右?？偨Y表明，二者在經(jīng)濟效益和社會效益上還存在較大差距，對聯(lián)合運行系統(tǒng)的深入探究和普遍使用已成必然的發(fā)展趨勢。結語風電-抽水蓄能聯(lián)合運行系統(tǒng)加以利用和研究分析需要各地區(qū)組織引以重視。尤其是一些風能資源相對而言較豐富的地區(qū)，推動風