抽水蓄能與風(fēng)電聯(lián)合運(yùn)行互補(bǔ)性分析

抽水蓄能與風(fēng)電聯(lián)合運(yùn)行互補(bǔ)性分析摘要：風(fēng)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(fēng)力發(fā)電存在很多問(wèn)題，比如風(fēng)力發(fā)電的滲透率提高，可能會(huì)影響電網(wǎng)的安全性。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電，存在斷續(xù)性、波動(dòng)性、逆向運(yùn)行等特點(diǎn)，電壓波動(dòng)和頻率波動(dòng)等問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量產(chǎn)生了不利影響。因此，研究風(fēng)電并網(wǎng)后的最優(yōu)規(guī)劃對(duì)于解決上述問(wèn)題至關(guān)重要。關(guān)鍵詞：抽水蓄能；聯(lián)合運(yùn)行；風(fēng)力發(fā)電引言我國(guó)關(guān)于風(fēng)電與抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行模式的研究起步較晚，目前處于快速發(fā)展階段，國(guó)外相對(duì)來(lái)說(shuō)在這方面的研究較多。對(duì)優(yōu)質(zhì)調(diào)峰電源的比重需求有所增加例如現(xiàn)階段成熟先進(jìn)的抽水蓄能技術(shù)。抽水蓄能電站啟停迅速，運(yùn)行方式切換靈活，可彌補(bǔ)風(fēng)電反調(diào)峰特性，提高了電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。1風(fēng)電與抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)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(gè)能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，其過(guò)程如圖1所示，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)，將水從下水庫(kù)通過(guò)壓力水管輸送到上水庫(kù)貯存起來(lái)，在電網(wǎng)用電高峰期，再將儲(chǔ)存在上水庫(kù)的水放出來(lái)，用來(lái)發(fā)電，以滿足所需求的供電量，就這樣循環(huán)往復(fù)地工作。圖1抽水蓄能電站原理圖1.2風(fēng)力發(fā)電的工作原理風(fēng)力發(fā)電的原理是自然風(fēng)吹過(guò)來(lái)經(jīng)過(guò)風(fēng)車，帶動(dòng)風(fēng)車的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械能，經(jīng)過(guò)齒輪箱，齒輪箱中有低速轉(zhuǎn)軸和高速轉(zhuǎn)軸，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)軸加速，然后經(jīng)過(guò)雙饋發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，再通過(guò)變換器之后，將電能輸送到電網(wǎng)。1.3聯(lián)合運(yùn)行的意義風(fēng)是由于太陽(yáng)輻射到地球而引起的自然現(xiàn)象。風(fēng)能是廉價(jià)的清潔的可再生能源。隨著科技的進(jìn)步、人類的發(fā)展，人們對(duì)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(lái)越不能滿足人類需求而且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，所以人們對(duì)于清潔可再生的能源極為需求。風(fēng)能不會(huì)污染環(huán)境，而且地球上的風(fēng)能蘊(yùn)藏量也很大，所以風(fēng)能的開發(fā)利用應(yīng)運(yùn)而生，隨著研究的不斷深入發(fā)展，風(fēng)能已經(jīng)被大規(guī)模地開發(fā)利用。而且近年來(lái)風(fēng)電裝機(jī)容量急劇升高，很多的國(guó)家都出臺(tái)相對(duì)的政策來(lái)開發(fā)利用風(fēng)能以代替其他的不可再生能源，但是隨著對(duì)風(fēng)能需求量以及開發(fā)量的增多，風(fēng)能的劣勢(shì)也逐漸體現(xiàn)了出來(lái)。人們認(rèn)識(shí)到自然風(fēng)會(huì)受到很多條件的制約，而且風(fēng)力發(fā)電受到的制約更大，例如風(fēng)的強(qiáng)度和方向、氣候、溫度、天氣以及風(fēng)電場(chǎng)所處的地理位置等等，導(dǎo)致了風(fēng)力發(fā)電的輸出功率具有間歇性、隨機(jī)變化性、不確定性、難以預(yù)測(cè)性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，大大限制了對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用，而且給風(fēng)電的管理運(yùn)營(yíng)等造成了很多不便，還會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的損失和安全上的隱患。所以為了提高風(fēng)力發(fā)電的可靠性風(fēng)能這些劣勢(shì)亟待解決。抽水蓄能電站是一種可再生能源，而且對(duì)環(huán)境效益有益還能起到很好的調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)峰等工作。對(duì)于風(fēng)電的劣勢(shì)也能有很好的補(bǔ)充調(diào)節(jié)作用，因此需要抽水蓄能電站來(lái)配合風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)電聯(lián)合運(yùn)行的原理含風(fēng)電和抽水蓄能的聯(lián)合運(yùn)行模式主要有以下三種運(yùn)行方式：1）將全部的風(fēng)電都用來(lái)給抽水蓄能電站抽水。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率需要全部用來(lái)抽水時(shí)，打開開關(guān)d,關(guān)閉開關(guān)c。當(dāng)有剩余的電量時(shí)，將b打開，抽蓄電站可以用多余的電來(lái)抽水；閉合開關(guān)a,使抽蓄電站來(lái)帶負(fù)荷。2）風(fēng)電場(chǎng)的電量全部輸進(jìn)電網(wǎng)。將開關(guān)c閉合再將d關(guān)閉，風(fēng)電場(chǎng)的電量將全部用來(lái)輸進(jìn)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(guān)a打開，僅用抽蓄電站來(lái)滿足系統(tǒng)負(fù)荷的要求，當(dāng)滿足系統(tǒng)負(fù)荷有剩余電量時(shí)，打開開關(guān)b。當(dāng)風(fēng)電的出力情況不足以滿足可接受的風(fēng)電的上限的時(shí)候，閉合d；當(dāng)可以滿足可接受的風(fēng)電的上限的時(shí)候，閉合d,將負(fù)荷系統(tǒng)所需要的電量輸入到電網(wǎng)中去，再打開開關(guān)c,將滿足系統(tǒng)負(fù)荷后多余的電量輸入到抽蓄電站。1.5有效措施與優(yōu)勢(shì)關(guān)于把大比重的風(fēng)電輸入電網(wǎng)會(huì)影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量等問(wèn)題，如果只是減小或阻止風(fēng)電在電網(wǎng)中的加入比重值，或者直接調(diào)大風(fēng)機(jī)的功率的話不能解決其根本性問(wèn)題，正確的方式是，可以構(gòu)建一個(gè)蓄能系統(tǒng)，其理念是將風(fēng)電在某種形式上輸入電網(wǎng)和儲(chǔ)蓄起來(lái)的方式，確保能為電網(wǎng)穩(wěn)定進(jìn)行供電?，F(xiàn)如今，對(duì)風(fēng)電具有蓄能作用的形式大概有如下五種：水力蓄能、超導(dǎo)磁力蓄能、流體電池、壓縮空氣蓄能和電解水制氫。其中的“風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)”形式已經(jīng)被充分利用起來(lái)了。比如：西班牙國(guó)家就已經(jīng)將風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行理念進(jìn)行利用了，它在對(duì)ELHierro島和Canary島進(jìn)行風(fēng)能資源開發(fā)的時(shí)候,同時(shí)建立了抽水蓄能電站，完成了對(duì)“聯(lián)合運(yùn)行”的運(yùn)用。位于前列的德國(guó)、丹麥和美國(guó)等國(guó)家，也都已經(jīng)將此理論應(yīng)用到實(shí)例工程中了。因此，各界人士對(duì)抽水蓄能電站的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了綜合性的總結(jié)，主要包括：對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化的反應(yīng)迅速且調(diào)節(jié)力好，能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換的容量較大且效率高，調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的運(yùn)行性能良好，建設(shè)技術(shù)成熟的情況下且成本相對(duì)較低，強(qiáng)迫停止運(yùn)行的發(fā)生情況低，總體運(yùn)行安全系數(shù)高和平衡度保持良好和供電的質(zhì)量高。所以，對(duì)“風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)”理論的良好運(yùn)用，即具體運(yùn)行內(nèi)容是指：把大比重的風(fēng)電，轉(zhuǎn)換成電能輸入在電網(wǎng)中，且能保證高質(zhì)量的供電；當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷在最低值的時(shí)候，能夠把多出的風(fēng)電轉(zhuǎn)變成水能的儲(chǔ)蓄的方式，即能防止風(fēng)機(jī)棄荷的情況出現(xiàn)，在供電質(zhì)量確保的情況下，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)能資源的利用率和逐步達(dá)到其最大化。2抽水蓄能及與風(fēng)電組合運(yùn)行2.1具體內(nèi)容抽水蓄能電站在運(yùn)行的后半部分儲(chǔ)存電網(wǎng)中多余的能量，將其轉(zhuǎn)化為水能，然后作為調(diào)頻能量進(jìn)入電網(wǎng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最大值時(shí)。簡(jiǎn)而言之，這是關(guān)于余出的電能轉(zhuǎn)換成具有規(guī)劃性能和能源儲(chǔ)備能力的高質(zhì)量發(fā)電廠。因此，它的優(yōu)點(diǎn)和集成使這種聯(lián)合操作模式成為調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率調(diào)制的重要因素。2.2有效的運(yùn)用結(jié)論目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)尚處于對(duì)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)和研究的階段，而于風(fēng)電資源開發(fā)技術(shù)位于前茅的國(guó)家來(lái)說(shuō)，已是成熟研究與實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程了，得出了以下總結(jié)以國(guó)內(nèi)加以借鑒，包括有：風(fēng)電在直接輸入電網(wǎng)的過(guò)程中存在一定風(fēng)險(xiǎn)，而風(fēng)電-抽水蓄能系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行理論，是把超出比重的風(fēng)電進(jìn)行抽水式存蓄，而在負(fù)荷值達(dá)到最大時(shí)，優(yōu)先使用存蓄的蓄能進(jìn)行發(fā)電的一種有效的技術(shù)路線；優(yōu)化計(jì)算和運(yùn)行分析，同時(shí)對(duì)峰谷電價(jià)差異進(jìn)行分析和考慮，是完全經(jīng)濟(jì)的；當(dāng)專門探討這些島嶼時(shí)，提出了為島嶼風(fēng)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(fēng)力系統(tǒng)的問(wèn)題和缺點(diǎn)相比，與過(guò)去一年相比，組合操作系統(tǒng)可以將電費(fèi)收入增加到每天15萬(wàn)元左右。總結(jié)表明，二者在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上還存在較大差距，對(duì)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的深入探究和普遍使用已成必然的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)語(yǔ)風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)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(fēng)能資源相對(duì)而言較豐富的地區(qū)，推動(dòng)風(fēng)