南網(wǎng)新能源發(fā)展現(xiàn)狀及并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

楊蘋，許志榮，鄭群儒，張育嘉

(1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640；2.風(fēng)電控制與并網(wǎng)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州511458；3.華南理工大學(xué)廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州511458)

南網(wǎng)新能源發(fā)展現(xiàn)狀及并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

楊蘋1,2,3，許志榮1,2,3，鄭群儒1,2,3，張育嘉1,2,3

(1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640；2.風(fēng)電控制與并網(wǎng)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州511458；3.華南理工大學(xué)廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州511458)

隨著能源短缺問題日益顯現(xiàn)、環(huán)境污染問題日益加劇，發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)能讓經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)發(fā)展多方受益。近年來，在政府的扶持下，南方電網(wǎng)區(qū)域的新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。調(diào)研了南方電網(wǎng)區(qū)域新能源的利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，分析南方區(qū)域新能源應(yīng)用所存在的問題，并結(jié)合南方電網(wǎng)區(qū)域新能源并網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，歸納出新能源并網(wǎng)需要研究的關(guān)鍵技術(shù)問題，為制定新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和改進(jìn)調(diào)度控制技術(shù)提供基礎(chǔ)和依據(jù)，對(duì)推動(dòng)南方區(qū)域新能源大規(guī)模的發(fā)展具有參考意義。

南方電網(wǎng)；新能源；并網(wǎng)技術(shù)

開發(fā)利用新能源對(duì)解決當(dāng)今世界環(huán)境污染與資源短缺問題、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、緩解能源危機(jī)具有非常重要的意義[1-2]。近年來我國新能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，我國政府重點(diǎn)支持新能源發(fā)電，大力推進(jìn)風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展，積極支持太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用[3-5]。在能源問題逐步加劇與新能源快速發(fā)展的背景下，加強(qiáng)對(duì)南方區(qū)域新能源發(fā)展現(xiàn)狀及并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的調(diào)研具有重要意義[6-7]。

新能源發(fā)電受環(huán)境影響大，具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，而且容量小、功率不穩(wěn)定、獨(dú)立向負(fù)荷提供可靠供電的能力弱，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成波動(dòng)。新能源發(fā)電影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的缺點(diǎn)將是其發(fā)展中的主要障礙[8-9]。因此，推進(jìn)新能源成為未來的主導(dǎo)能源，必將面臨如何解決以新能源發(fā)電為主導(dǎo)電源的電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性等多方面的問題，研究解決新能源并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)成為新能源發(fā)展的迫切需要[10]。

根據(jù)南方電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃，新能源在南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)將獲得較大發(fā)展。為了配合新能源在南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的大規(guī)模發(fā)展，一方面需要調(diào)研南方電網(wǎng)區(qū)域新能源利用狀況、并網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，歸納分析全網(wǎng)新能源運(yùn)行存在的問題；另一方面，有必要研究新能源并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)，為南網(wǎng)制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政策提供技術(shù)支持，推動(dòng)新能源在南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)快速發(fā)展。

1 南網(wǎng)區(qū)域新能源應(yīng)用情況及存在的問題

從儲(chǔ)量和開發(fā)技術(shù)的成熟度角度考慮，本文主要討論了南方五省區(qū)光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電的應(yīng)用情況，并針對(duì)當(dāng)前的新能源開發(fā)利用情況指出南網(wǎng)區(qū)域在開發(fā)應(yīng)用新能源過程中所存在的一些突出問題。

1.1 南方區(qū)域光伏發(fā)電現(xiàn)狀

截至2013年8月，南方五省區(qū)域內(nèi)已投產(chǎn)光伏發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量共22.4萬千瓦。其中廣東、廣西、云南、海南省內(nèi)已投產(chǎn)的光伏發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量分別為7.5、3.8、6和5萬千瓦，項(xiàng)目年利用小時(shí)數(shù)分別為1 000、1 000、1 300～1 400和1 200～1 300 h。貴州已投運(yùn)130 kW，全部用于解決邊遠(yuǎn)山區(qū)居民用電問題。五省區(qū)裝機(jī)容量如圖1所示。

圖1 南網(wǎng)五省區(qū)光伏發(fā)電裝機(jī)容量對(duì)比

南方電網(wǎng)區(qū)域的太陽能發(fā)電以太陽能光伏發(fā)電為主，主要位于廣東、云南和海南。

(1)廣東省

廣東省處于低緯度地區(qū)，屬于全國太陽能資源Ⅲ類和Ⅳ類地區(qū)，太陽能資源較為豐富。在2013年11月國家能源局發(fā)布的2014年各省光伏發(fā)電規(guī)模預(yù)方案中，廣東省分布式光伏配額為100萬千瓦，預(yù)計(jì)到2015年底，廣東省光伏并網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘繉⒊^250萬千瓦。

(2)云南省

云南省太陽能資源豐富，現(xiàn)已經(jīng)成為我國太陽能利用研究、生產(chǎn)和推廣的重要市場(chǎng)，云南省規(guī)劃建設(shè)地面光伏電站總裝機(jī)容量為65.2萬千瓦，其中43.2萬千瓦計(jì)劃于“十二五”期間建成。

(3)海南省

海南地處北回歸線以南，日照時(shí)間長，太陽能資源豐富，大氣潔凈透明度好，光穿透力強(qiáng)，全省太陽能資源理論儲(chǔ)量為2.3萬GWh/年，理論裝機(jī)容量為25 253 MW。其中可利用量約為113.4萬MWh/年，可利用裝機(jī)為1 262 MW。海南省年平均太陽輻射總量為5 100～6 300 MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)為1 750～2 650 h，光照率為50%～60%。

結(jié)合海南省的太陽資源條件、電力市場(chǎng)消納能力及可利用土地面積等建設(shè)條件，預(yù)測(cè)到2020年海南省的太陽能發(fā)電規(guī)劃建成規(guī)模將達(dá)到105萬千瓦。

1.2 南方區(qū)域風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

截至2013年8月，南方電網(wǎng)五省區(qū)域內(nèi)已投產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量共459.61萬千瓦，均為陸上風(fēng)電。其中廣東、廣西、云南、貴州、海南省內(nèi)已投產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量分別為162.2、12.75、159.9、94.46和30.3萬千瓦，年平均利用小時(shí)數(shù)分別約1 641、2 121、2 620、1 335和1 812 h。圖2為南網(wǎng)五省區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量對(duì)比。

(1)廣東省

廣東省具有豐富的陸上風(fēng)能資源和海上風(fēng)能資源，風(fēng)電開發(fā)潛力巨大。廣東省陸上風(fēng)能理論儲(chǔ)量7 500萬千瓦，風(fēng)資源豐富區(qū)的陸地面積達(dá)4 200平方公里，按全部利用計(jì)，可裝機(jī)容量約1 700萬千瓦，其中風(fēng)能資源高產(chǎn)區(qū)的陸地面積1 800平方公里，按全部利用計(jì)，可裝機(jī)容量約700萬千瓦。

圖2 南網(wǎng)五省區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量對(duì)比

廣東省沿海及島嶼風(fēng)速大，面積廣，風(fēng)力資源潛力巨大，3 300多公里的海岸線是風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)。年平均風(fēng)速6～9 m/s或以上，有效風(fēng)功率密度普遍在200～400 W/m2以上，有的地區(qū)達(dá)400～700 W/m2，有效發(fā)電時(shí)間約7 500 h，約占全年時(shí)間的85%。離岸40 km風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約為9 000萬千瓦，近期可裝機(jī)容量達(dá)550～600萬千瓦，每年可發(fā)電100～120億kWh，開發(fā)潛力相當(dāng)大。尤其是粵東海域，風(fēng)能資源豐富，品質(zhì)較好，具有很高的并網(wǎng)開發(fā)價(jià)值。

(2)云南省

云南省位于高原地區(qū)，地形復(fù)雜，風(fēng)速的地形效應(yīng)非常顯著，風(fēng)速隨海拔高度增大而增大，在壩區(qū)邊緣海報(bào)較高的山地上風(fēng)能資源最為豐富。截止2013年8月份，云南省已投產(chǎn)風(fēng)電場(chǎng)23座，裝機(jī)容量為159.9萬千瓦，2013年1～8月累計(jì)上網(wǎng)電量27.9億kWh。

(3)貴州省

貴州省的風(fēng)能資源主要分布于中部和西部，分布相對(duì)零散復(fù)雜。基于風(fēng)能資源長期數(shù)值模擬及GIS空間分析，貴州省70 m高度大于200 W/m2的技術(shù)開發(fā)面積為2 769平方公里，技術(shù)開發(fā)量為770萬千瓦；大于250 W/m2的技術(shù)開發(fā)面積為2 002平方公里，技術(shù)開發(fā)量為558萬千瓦；大于300 W/m2的技術(shù)開發(fā)面積為1 630平方公里，技術(shù)開發(fā)量為456萬千瓦；400 W/m2以上區(qū)域的技術(shù)開發(fā)面積為568平方公里，技術(shù)開發(fā)量為157萬千瓦。

1.3 生物質(zhì)能

截至2013年8月，南方五省區(qū)內(nèi)已投產(chǎn)的生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量共91.43萬千瓦，廣東、廣西、云南、海南分別為74.33萬、12.61萬、1萬和3.5萬千瓦。項(xiàng)目年利用小時(shí)數(shù)分別為3 000～5 000、2 112.8、3 231.3和5 851 h，貴州省尚無生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目。圖3為南網(wǎng)五省區(qū)生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量對(duì)比。

雖然南方電網(wǎng)區(qū)域的生物質(zhì)能在過去的幾年里得到了一定程度的開發(fā)利用，但是生物質(zhì)能的利用目前仍然存在缺乏成熟技術(shù)支持和詳細(xì)開發(fā)規(guī)劃的問題。

1.4 南方區(qū)域新能源應(yīng)用所存在的問題

目前南方電網(wǎng)五省區(qū)新能源電源裝機(jī)和發(fā)電量比重較小，尚未形成規(guī)模化應(yīng)用，在開發(fā)應(yīng)用過程中存在統(tǒng)一規(guī)劃力度不夠、產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)能力不足、資金投入有限、開發(fā)成本較高、依賴政策等問題，需要在未來的新能源發(fā)展中引起足夠重視并設(shè)法解決。

圖3 南網(wǎng)五省區(qū)生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量對(duì)比

2 新能源發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究及分析

無論是規(guī)模化新能源并網(wǎng)，還是分布式新能源并網(wǎng)，都將對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定的影響，并減弱現(xiàn)有電網(wǎng)運(yùn)行管理方法的適應(yīng)性，從而威脅到電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，因此，開展電源側(cè)新能源并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)研究具有重要意義。表1分析了新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電源側(cè)的關(guān)鍵技術(shù)，所有電源側(cè)關(guān)鍵技術(shù)的目的都是為了保證新能源發(fā)電系統(tǒng)的平穩(wěn)出力，以保障新能源電站的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

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新能源大規(guī)模并網(wǎng)不僅需要在電源側(cè)對(duì)具有隨機(jī)性和波動(dòng)性的新能源發(fā)電微源進(jìn)行控制，還需要完善并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)。電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新能源電站優(yōu)化運(yùn)行管理的關(guān)鍵，能量管理與調(diào)度系統(tǒng)性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)新能源電站的運(yùn)行效率與安全性。表2分析了新能源發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)。

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3 主要建議

隨著新能源的大規(guī)模發(fā)展接入，促進(jìn)電網(wǎng)和新能源協(xié)調(diào)發(fā)展，加強(qiáng)調(diào)度運(yùn)行管理，服務(wù)新能源發(fā)展是南方電網(wǎng)區(qū)域企業(yè)適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)變化和新能源格局要求的必然選擇。結(jié)合南方電網(wǎng)區(qū)域新能源并網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀和并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究，從技術(shù)和管理層面提出如下建議：(1)積極研究和吸納新技術(shù)，以提高新能源的并網(wǎng)性能。(2)提高風(fēng)電、太陽能等出力預(yù)測(cè)精度。(3)完善并網(wǎng)檢測(cè)機(jī)制。(4)科學(xué)合理研究規(guī)劃新能源接入容量。(5)統(tǒng)籌規(guī)劃并加快電網(wǎng)建設(shè)，促進(jìn)協(xié)調(diào)新能源發(fā)展。(6)加強(qiáng)調(diào)度管理，逐步規(guī)范新能源發(fā)電運(yùn)行要求。(7)完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加快研究新能源發(fā)電調(diào)度技術(shù)。

4 結(jié)論

近年來，國內(nèi)外新能源都得到快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在國內(nèi)特別是南網(wǎng)區(qū)域發(fā)展尤為迅猛，隨著國家對(duì)新能源發(fā)展的鼓勵(lì)和大力支持，“十二五”期末，南方區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模都將翻倍增長，勢(shì)必進(jìn)一步影響電網(wǎng)運(yùn)行。在調(diào)研南網(wǎng)區(qū)域五省區(qū)光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電現(xiàn)狀以及分析南方區(qū)域新能源應(yīng)用所存在問題的基礎(chǔ)上，歸納出新能源并網(wǎng)需要研究的關(guān)鍵技術(shù)問題，有助于制定標(biāo)準(zhǔn)的新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)范和改進(jìn)調(diào)度控制技術(shù)，最終針對(duì)南網(wǎng)區(qū)域企業(yè)適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)變化和新能源格局要求提出了建議和意見，推動(dòng)了南網(wǎng)區(qū)域新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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Development status and key grid-connected technology research of new energy in CSG

YANG Ping1,2,3,XU Zhi-rong1,2,3,ZHENG Qun-ru1,2,3,ZHANG Yu-jia1,2,3
(1.College of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 510640,China;2.State Local Joint Engineering Laboratory of Wind Power Control and Grid Connected Technology,Guangzhou Guangdong 511458,China;3.Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 511458,China)

The development of new energy generation technology is of great benefit to economy,environment and society along with energy shortage and serious environmental pollution.New energy generation industry in CSG area has entered a stage of rapid development under the government's support.The development status and development tendency of new energy in CSG area were researched and the current existing problem was analyzed,then the key grid-connected technology needed to be studied was summarized,providing the underlying basis for making grid-connected standard specification and improving the scheduling control technology.All this research is of great significance for promoting the development of new energy in southern area.

CSG;new energy;grid-connected technology

TM 61

A

1002-087 X(2016)08-1741-04

2016-01-06

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃，2014AA052001)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61273172)；廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目(2012A032300013)

楊蘋(1967—)，女，廣西壯族自治區(qū)人，博士，教授，主要研究方向?yàn)樾履茉床⒕W(wǎng)發(fā)電控制。E-mail：eppyang@scut.edu.cn.