風(fēng)電開發(fā)與抽水蓄能電站聯(lián)合建設(shè)研究

王亞紅

（貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司畢節(jié)新能源籌備處，貴陽 550000）

1 加強對風(fēng)能的利用值和對電網(wǎng)供電質(zhì)量的提高

2016年的風(fēng)電市場由中國、美國、德國和印度引領(lǐng)，法國、土耳其和荷蘭等國的表現(xiàn)超過預(yù)期，盡管在年新增裝機上，2016年未能超過創(chuàng)紀(jì)錄的2015年，但仍然達(dá)到了一個相當(dāng)令人滿意的水平。根據(jù)全球風(fēng)能理事會發(fā)布的《全球風(fēng)電發(fā)展年報》顯示，2016年全球風(fēng)電新增裝機容量54,600MW，同比下降14.2%，其中，中國風(fēng)電新增裝機容量達(dá)23,328MW（臨時數(shù)據(jù)），占2016年全球風(fēng)電新增裝機容量的 42.7%。到2016年年底，全球風(fēng)電累計裝機容量達(dá)到486,749MW，累計同比增長 12.5%。其中，截至2016年底，中國風(fēng)電裝機總量達(dá)到168,690MW（臨時數(shù)據(jù)）[1]，占全球風(fēng)電累計裝機總量的34.7%。

1.1 風(fēng)電給電網(wǎng)帶來的影響

如上文所講，自然風(fēng)有不定向和不穩(wěn)定特點，可能白天與黑夜間有大的變化，也因氣候和季節(jié)的不同而產(chǎn)生不同的變化，所以，風(fēng)電功率的輸出值完全會被當(dāng)時的風(fēng)速所影響。在風(fēng)電機組全部運行時，電網(wǎng)需要相應(yīng)地加大對它的功率不穩(wěn)定性和隨機變化性進(jìn)行控制達(dá)到平衡的需求值，因為它的調(diào)峰和調(diào)頻壓力值相應(yīng)的加強。而為讓電網(wǎng)在安全范圍內(nèi)穩(wěn)定運行和對它的最高值和最低值間作良性調(diào)節(jié)，電網(wǎng)需要為風(fēng)電在調(diào)峰調(diào)頻的容量值上做好充分的配套。近幾年的低碳式經(jīng)濟和綠色能源政策在國內(nèi)各地區(qū)經(jīng)大力推行，各地區(qū)對風(fēng)電的開發(fā)力度也得到了一定的提升，其風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比例值也相應(yīng)在提升。但是于居前列國家的比例值而言，還有一定的差距，比如丹麥國家，其風(fēng)電并網(wǎng)的比例大過電網(wǎng)容量的21%[2]。由此可見，對全國各地區(qū)做到加大其風(fēng)電比例占比值的目標(biāo)，需要各地區(qū)相應(yīng)具備其對電力的調(diào)度能力和對電能的質(zhì)量的控制技術(shù)。

1.2 如何確保其供電的質(zhì)量

1.2.1 異步發(fā)電機

目前來說，大型的風(fēng)力發(fā)電機大多是異步發(fā)電機，所以需要承載大比例的無功功率才能進(jìn)行并網(wǎng)運行，盡管大型機的機端會配置含有大容量的電容器組作為補充，但是在風(fēng)電的比重值加大時，在加重了電網(wǎng)的無功承擔(dān)時，相應(yīng)地對電網(wǎng)調(diào)節(jié)容量值的要求也提高。

1.2.2 產(chǎn)生的影響

異步發(fā)電機在運行過程中，有影響電網(wǎng)供電質(zhì)量的問題還需認(rèn)真對待，如：風(fēng)速和風(fēng)機的輸出功率一旦有變動的時候，風(fēng)電場母線和附近的電網(wǎng)的電壓會隨之發(fā)生變動，當(dāng)對風(fēng)電機操作其并網(wǎng)和脫網(wǎng)的過程里，對周圍的電網(wǎng)電壓也會產(chǎn)生影響。

1.2.3 送電距離的加長而增加成本

風(fēng)電的比重值在增加時，電網(wǎng)輸送電距離變長時，它所需對應(yīng)的技術(shù)要求也會增大，且運行中發(fā)生的成本也急劇猛漲。

所以，對上面三個問題的總結(jié)表明：當(dāng)對電網(wǎng)輸進(jìn)的風(fēng)電比重值增加至超過10%的范圍時，就需要對電網(wǎng)系統(tǒng)作相應(yīng)的有效的調(diào)度了，目的是為把其供電質(zhì)量進(jìn)行提升，且對它運行的成本達(dá)到最低值。

1.3 有效措施與優(yōu)勢

關(guān)于把大比重的風(fēng)電輸入電網(wǎng)會影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量等問題，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)機的功率的話不能解決其根本性問題，正確的方式是，可以構(gòu)建一個蓄能系統(tǒng)，其理念是將風(fēng)電在某種形式上輸入電網(wǎng)和儲蓄起來的方式，確保能為電網(wǎng)穩(wěn)定進(jìn)行供電。現(xiàn)如今，對風(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(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運行理念進(jìn)行利用了，它在對ELHierro島和Canary島進(jìn)行風(fēng)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(yīng)用到實例工程中了[3]。

因此，各界人士對抽水蓄能電站的優(yōu)點進(jìn)行了綜合性的總結(jié)，主要包括：對電網(wǎng)負(fù)荷變化的反應(yīng)迅速且調(diào)節(jié)力好，能量儲存和轉(zhuǎn)換的容量較大且效率高，調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的運行性能良好，建設(shè)技術(shù)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(zhì)量高。所以，對“風(fēng)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(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)荷在最低值的時候，能夠把多出的風(fēng)電轉(zhuǎn)變成水能的儲蓄的方式，即能防止風(fēng)機棄荷的情況出現(xiàn)，在供電質(zhì)量確保的情況下，加強對風(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)電組合運行

2.1 具體內(nèi)容

抽水蓄能電站是在運行的后半過程中，把電網(wǎng)多出的電能進(jìn)行儲存，且轉(zhuǎn)變成水能，然后在電網(wǎng)達(dá)到高峰值的時間段時以調(diào)峰調(diào)頻電能的角色對電網(wǎng)進(jìn)行輸入。簡而言之即是把余出的電能轉(zhuǎn)換成高質(zhì)量的電能的具有調(diào)度性能且可儲備電力的電廠。所以，它所具備和結(jié)合的優(yōu)點使得此聯(lián)合方式的運行，成為對電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻重要內(nèi)容。

2.2 有效的運用結(jié)論

目前來說，我國尚處于對聯(lián)合運行系統(tǒng)的初步設(shè)計和研究的階段，而于風(fēng)電資源開發(fā)技術(shù)位于前茅的國家來說，已是成熟研究與實踐運用過程了，得出了以下總結(jié)以國內(nèi)加以借鑒，包括有：風(fēng)電在直接輸入電網(wǎng)的過程中存在一定風(fēng)險，而風(fēng)電-抽水蓄能系統(tǒng)的聯(lián)合運行理論，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，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；對運行進(jìn)行了優(yōu)化的計算和分析，也對峰谷間的電價差異進(jìn)行分析考慮，其在經(jīng)濟上完全具有可行性；對島嶼進(jìn)行過專項的研究，提出了對開發(fā)島嶼風(fēng)電這項可再生資源時，其高效的策略即是對聯(lián)合運行系統(tǒng)的引用;相比普通的風(fēng)電系統(tǒng)過程中存在的問題與不足，聯(lián)合運行系統(tǒng)可以增加其電費的收入，同比情況下的數(shù)據(jù)約達(dá)15萬元/D。綜合可見，兩者之間的經(jīng)濟效益和社會效益也有較大差距，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。

3 結(jié)語

我國目前對風(fēng)電場的開發(fā)與建設(shè)還屬于初級階段，風(fēng)電占比整個電網(wǎng)的數(shù)值還較小，所以暫且也還不需要關(guān)注風(fēng)電輸入電網(wǎng)中存在的風(fēng)險問題。但是，需對風(fēng)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(fēng)能資源相對而言較豐富的地區(qū)，推動風(fēng)電、抽水蓄能聯(lián)合運行在地區(qū)的可行發(fā)展，將為地區(qū)整個的電網(wǎng)系統(tǒng)帶來可觀的經(jīng)濟效益及高質(zhì)量的供電保證。