新能源多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式研究

周美英

摘 要：伴隨著保護(hù)生態(tài)環(huán)境理念的不斷深入，人們?cè)絹碓街匾曅履茉吹拈_發(fā)和利用，新能源相比于傳統(tǒng)能源來說，具有可再生性、無環(huán)境污染性等優(yōu)勢(shì)，在很多行業(yè)都獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，新能源的引進(jìn)和使用在促進(jìn)發(fā)電技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，也使電網(wǎng)調(diào)度面臨著巨大的挑戰(zhàn)，本篇文章就是針對(duì)新能源多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；調(diào)度模式；新能源；多目標(biāo)

中圖分類號(hào)： TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）12-183-2

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐不斷加快的形勢(shì)下，生活用電和工業(yè)用電的需求劇增，催生了用電需求和電力供應(yīng)之間的矛盾。我國(guó)目前主要采取火力發(fā)電進(jìn)行供電，但由于煤炭資源屬于不可再生能源，大量的煤炭被開發(fā)和使用，資源越來越緊張，而且其燃燒產(chǎn)生的氮氧化物直接影響了空氣質(zhì)量，因此電力供應(yīng)方式也逐漸從傳統(tǒng)的模式轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合模式。由于電力來源較廣，因此可以減少火力發(fā)電的比重，借助水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能等新型能源來替換不可再生能源，改善當(dāng)前的電力供給狀況。

1 新能源發(fā)電技術(shù)及其特點(diǎn)的簡(jiǎn)析

與煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源相比，新能源在發(fā)電技術(shù)的開發(fā)和運(yùn)用使得非常規(guī)能源進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。

1.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)主要是由于地球表面氣壓差異而形成的，其活動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能便是風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電主要由風(fēng)能密度和累計(jì)小時(shí)數(shù)所決定的。因?yàn)轱L(fēng)能具有隨機(jī)性和間歇性，讓風(fēng)能成為了不確定的來源，使得電網(wǎng)調(diào)度難以進(jìn)行控制和調(diào)控。而當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度主要是對(duì)設(shè)定風(fēng)機(jī)切入速度和切出速度進(jìn)行控制，從而減少對(duì)風(fēng)電機(jī)組和電網(wǎng)的損壞。

1.2 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)

太陽(yáng)內(nèi)部在不斷地進(jìn)行著核聚變，大量的能源達(dá)到地球后所產(chǎn)生的太陽(yáng)輻射便是太陽(yáng)能。由于太陽(yáng)的壽命還有五十多億年，因此太陽(yáng)能在一定程度上來說是取之不盡的環(huán)保能源，而太陽(yáng)能主要受到日照強(qiáng)度、日照量還有日照時(shí)間影響。光伏發(fā)電是經(jīng)過光電反應(yīng)，把光能直接轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，這種發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景是極好的，但是由于其轉(zhuǎn)換的效率、運(yùn)行的成本以及自然因素等影響，其還未廣泛運(yùn)用。

1.3 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)

這種能源是通過化學(xué)能的方式儲(chǔ)存于生物質(zhì)中，生物質(zhì)能直接或者間接來源于植物體內(nèi)的光合作用，其所含的硫元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤炭，而氫和氧元素則高于煤炭，這樣有利于化學(xué)成分的燃燒。而且其燃燒后所產(chǎn)生的氣體主要是二氧化碳，能夠被植物利用和吸收，從而大大減少了污染物的排放，實(shí)際上借助生物質(zhì)分解或者代謝所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w進(jìn)行發(fā)電已經(jīng)有了應(yīng)用，例如沼氣發(fā)電和爐煤氣等。

1.4 其他能源發(fā)電技術(shù)

比如地?zé)岚l(fā)電和海洋發(fā)電等雖然在實(shí)際中的應(yīng)用比較少，但是卻具有很好的發(fā)展前景。地?zé)崮苁且驗(yàn)榈厍騼?nèi)部放射性同位素進(jìn)行熱核反應(yīng)從而產(chǎn)生的熱能，一般是通過熔巖把熱能釋放出來，將其抽取后用于發(fā)電。例如對(duì)于地?zé)崮馨l(fā)電，當(dāng)前就在研究干蒸汽發(fā)電與擴(kuò)容蒸汽發(fā)電的聯(lián)合技術(shù)，從而獲得更高的熱效率。而海洋能發(fā)電則是來自于星球引力太陽(yáng)輻射的能量，但是由于各種條件的限制，目前只是對(duì)于潮汐能的應(yīng)用有了更深入的探究。

2 新能源在電網(wǎng)調(diào)度中存在的問題

2.1 新能源開發(fā)利用失衡

近些年來，我國(guó)的新能源裝機(jī)不斷增加，其發(fā)電量也在不斷增長(zhǎng)，對(duì)于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整有著極大的促進(jìn)作用。其中風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電所占的比重最多，其應(yīng)用技術(shù)越加成熟，趨于規(guī)模化和商業(yè)化，發(fā)展速度位于其他新能源之前。當(dāng)前，我國(guó)的風(fēng)電規(guī)模和光伏發(fā)電速度是增長(zhǎng)最快的，在“十二五”期間我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)的容量大大增加，發(fā)電量逐年增長(zhǎng)。然而由于經(jīng)濟(jì)效益較低，新能源開發(fā)和利用的技術(shù)水平不夠高，加上新能源的分布較散，使得其他新能源如海洋能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等沒辦法實(shí)現(xiàn)集中式的發(fā)電，開發(fā)利用失衡。

2.2 新能源發(fā)電不利于電網(wǎng)的調(diào)度性

由于新能源具有間歇性、變動(dòng)性等特點(diǎn)，若是將其和電網(wǎng)結(jié)合，那么就需要對(duì)原先的電網(wǎng)進(jìn)行改造和調(diào)整，這在一定程度上影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。而且有些新能源不夠穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)時(shí)段性的功率變動(dòng)。例如風(fēng)能發(fā)電，其風(fēng)力是難以穩(wěn)定的，甚至是無法控制的，在風(fēng)電機(jī)并入電網(wǎng)之后，這種不穩(wěn)定性會(huì)直接影響電力平衡，從而對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了不利的影響。

另外，新能源的發(fā)電狀況與自然條件有著密切的關(guān)系，這就造成了新能源難測(cè)、難控、難調(diào)度等不足，不同的發(fā)電手段所產(chǎn)生的影響是不同的。比如，地?zé)崮茈m然也會(huì)受自然環(huán)境變化的影響，但是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，地?zé)崽锸强梢源_保能源來源的穩(wěn)定性的。又比如生物質(zhì)能熱值的穩(wěn)定性是比較低的，會(huì)造成發(fā)電過程中連續(xù)控制性差、經(jīng)濟(jì)性低等問題，但是生物質(zhì)能受自然環(huán)境的影響是比較小的，因此在控制和調(diào)度方面則較好。前面提到的風(fēng)能和太陽(yáng)能是受到自然環(huán)境影響最大的兩種發(fā)電方式，其中可控性已經(jīng)成為影響新能源并入電網(wǎng)后產(chǎn)生不穩(wěn)定性的重要因素。

總之，新能源的不斷入網(wǎng)，對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度的正常運(yùn)行和生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了一定的影響，這就需要針對(duì)新能源電網(wǎng)調(diào)度模式進(jìn)行分析和研究，對(duì)各種發(fā)電新能源進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)功率供給和需求之間的平衡，真正地達(dá)到安全運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，從而保證新能源的有效開發(fā)與利用。

3 新能源多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式分析

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)周期內(nèi)各個(gè)時(shí)間段負(fù)荷的變化情況，合理地安排和投入運(yùn)行的機(jī)組，從而保證符合在機(jī)組之間的合理分配，實(shí)現(xiàn)最佳的穩(wěn)定性和安全性，提高經(jīng)濟(jì)效益，這是電網(wǎng)調(diào)度的重要內(nèi)容。因此電網(wǎng)調(diào)度方法的科學(xué)有效直接對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定安全產(chǎn)生了影響，必須引起我們的重視。

3.1 構(gòu)建新能源多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式

如何才能構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式呢？首先，綜合考慮各種影響因素，設(shè)定多種約束條件來進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，從而構(gòu)建新能源多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模型，其次就是要借助算例來驗(yàn)證是否可行、合理，從而為之后系統(tǒng)化設(shè)計(jì)電網(wǎng)調(diào)度策略提供更加有效、科學(xué)的手段。

3.2 當(dāng)前采取短期的電網(wǎng)調(diào)度

由于傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度其電力來源具有較強(qiáng)的可控性和穩(wěn)定性，而且符合也是可預(yù)測(cè)的，并且可以根據(jù)常規(guī)電源的確定性來進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)。新能源大規(guī)模地并入電網(wǎng)中給電網(wǎng)帶來了不穩(wěn)定性和不可控性，使得電網(wǎng)在持續(xù)性地發(fā)生變動(dòng)，不利于對(duì)發(fā)電功率的預(yù)測(cè)。因此為了確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和可控，對(duì)于那些不確定因素，應(yīng)當(dāng)預(yù)留部分的旋轉(zhuǎn)備用，從而把新能源發(fā)電的實(shí)際發(fā)電量和預(yù)測(cè)值之間進(jìn)行彌補(bǔ)，從而減少由于系統(tǒng)的失負(fù)荷和備用不夠所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。不過這種短期的電網(wǎng)調(diào)度會(huì)使整個(gè)機(jī)組運(yùn)行效率大大降低，進(jìn)而使資源浪費(fèi)，削減了新能源帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，甚至增加了運(yùn)行成本。

3.3 開發(fā)利用電源與設(shè)備，整合電源結(jié)構(gòu)分布

為了確保新能源在并入電網(wǎng)之后的平衡，可以適當(dāng)?shù)卦黾酉到y(tǒng)的調(diào)峰容量。構(gòu)建調(diào)峰能力強(qiáng)的備用電源，使得新能源在運(yùn)行過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，能夠迅速、及時(shí)地調(diào)峰。并且開發(fā)和利用具有強(qiáng)實(shí)用性的能源儲(chǔ)備設(shè)備，能夠在新能源發(fā)電剩余電能時(shí)，將其儲(chǔ)備起來，若用電負(fù)荷較高時(shí)便可以將儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)變?yōu)閭溆秒娫础＿@種調(diào)度手段能夠極大地降低新能源并入電網(wǎng)之后所出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)率，不過這種手段在短時(shí)間內(nèi)還未被應(yīng)用，投資的成本也較高。

3.4 建設(shè)智能化關(guān)系系統(tǒng)，合理引入側(cè)響應(yīng)機(jī)制

智能化電網(wǎng)的運(yùn)用和發(fā)展，使得新能源作為群體將大規(guī)模地出現(xiàn)在人們的社會(huì)生活中。隨之而來的，就是一系列可以調(diào)度的負(fù)荷群體的出現(xiàn)。實(shí)際上將智能化電網(wǎng)運(yùn)用到電網(wǎng)調(diào)度設(shè)計(jì)方案中能夠較好地協(xié)調(diào)個(gè)體與區(qū)域電網(wǎng)之間的關(guān)系。將剩余的電能補(bǔ)給給不足的區(qū)域，從而確保了電網(wǎng)穩(wěn)定。另外還可以引進(jìn)側(cè)響應(yīng)機(jī)制，把各種間斷性的新能源發(fā)電進(jìn)行全面的整合，促使資源的合理使用，能夠最大程度地提高供電的應(yīng)變能力，真正地保證了電網(wǎng)供電的可靠性。

4 結(jié)束語

總的來說，隨著綠色環(huán)保理念的深入貫徹和落實(shí)，人們?cè)絹碓街匾曎Y源的有效利用與開發(fā)，其中電能是與人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)的，在傳統(tǒng)能源逐漸減少的現(xiàn)狀下，人們開始尋求新能源的運(yùn)用。新能源并入電網(wǎng)之后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性等造成影響。而多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式能夠促使各種能源進(jìn)行重新整合，從而保證了能源結(jié)構(gòu)的合理性和科學(xué)性，極大地提高了能源調(diào)度的能力。使用先進(jìn)的手段和技術(shù)來管理和控制風(fēng)電場(chǎng)出力，擴(kuò)大電網(wǎng)調(diào)峰電力交易的范圍和規(guī)模，實(shí)現(xiàn)新能源的生態(tài)環(huán)保與可持續(xù)，減少新能源給電網(wǎng)調(diào)度帶來的不利影響，并且降低運(yùn)行成本，真正地做到多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉曉.新能源電力系統(tǒng)廣域源荷互動(dòng)調(diào)度模式理論研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2] 龔錦霞.含分布式能源的電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度[D].上海交通大學(xué)，2014.

[3] 魏亞楠.智能電網(wǎng)中多種發(fā)電模式聯(lián)合調(diào)度模型及效益評(píng)價(jià)研究[D].華北電力大學(xué)，2014.

[4] 張峰，張建華.新能源電力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模式研究[J].河南科技，2013（10）：127+153.