風電開發與抽水蓄能電站聯合建設研究

王亞紅

【摘 要】大比重的風電進入電網，就會對電網的安全運行帶來危害。為了達到風電利用最大化的目標，相關專家提出如果建設一個抽水蓄能電站，就可以增加電網的穩定調節性；當對這個運行模型進行經濟運行計算時，發現風電與抽水蓄能電站的聯合運行系統與普通的風電系統的對比，前者的運行更為有效，且綜合考慮和計算經濟效益和社會效益，聯合運行系統能夠對風能資源進行更好得利用。

【Abstract】Large proportion of wind power into the power grid will bring harm to the safe operation of the power grid. In order to achieve the goal of maximizing the utilization of wind power， relevant experts suggest that if a pumped storage power station is built， the stability and regulation of power grid can be increased. When calculating the economic operation of the running model， it is found that the combined operation system of wind power and pumped storage power station is more effective than the ordinary wind power system. And considering the economic and social benefits comprehensively， the joint operation system can make better use of the wind power resources.

【關鍵詞】安全運行；抽水蓄能電站；經濟運行

【Keywords】safe operation； pumped storage power station； economic operation

【中圖分類號】TM611 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0008-02

1 加強對風能的利用值和對電網供電質量的提高

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

1.1 風電給電網帶來的影響

如上文所講，自然風有不定向和不穩定特點，可能白天與黑夜間有大的變化，也因氣候和季節的不同而產生不同的變化，所以，風電功率的輸出值完全會被當時的風速所影響。在風電機組全部運行時，電網需要相應地加大對它的功率不穩定性和隨機變化性進行控制達到平衡的需求值，因為它的調峰和調頻壓力值相應的加強。而為讓電網在安全范圍內穩定運行和對它的最高值和最低值間作良性調節，電網需要為風電在調峰調頻的容量值上做好充分的配套。近幾年的低碳式經濟和綠色能源政策在國內各地區經大力推行，各地區對風電的開發力度也得到了一定的提升，其風電在電網中所占的比例值也相應在提升。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，其風電并網的比例大過電網容量的21%[2]。由此可見，對全國各地區做到加大其風電比例占比值的目標，需要各地區相應具備其對電力的調度能力和對電能的質量的控制技術。

1.2 如何確保其供電的質量

1.2.1 異步發電機

目前來說，大型的風力發電機大多是異步發電機，所以需要承載大比例的無功功率才能進行并網運行，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，但是在風電的比重值加大時，在加重了電網的無功承擔時，相應地對電網調節容量值的要求也提高。

1.2.2 產生的影響

異步發電機在運行過程中，有影響電網供電質量的問題還需認真對待，如：風速和風機的輸出功率一旦有變動的時候，風電場母線和附近的電網的電壓會隨之發生變動，當對風電機操作其并網和脫網的過程里，對周圍的電網電壓也會產生影響。

1.2.3 送電距離的加長而增加成本

風電的比重值在增加時，電網輸送電距離變長時，它所需對應的技術要求也會增大，且運行中發生的成本也急劇猛漲。

所以，對上面三個問題的總結表明：當對電網輸進的風電比重值增加至超過10%的范圍時，就需要對電網系統作相應的有效的調度了，目的是為把其供電質量進行提升，且對它運行的成本達到最低值。

1.3 有效措施與優勢

關于把大比重的風電輸入電網會影響電網的供電質量等問題，如果只是減小或阻止風電在電網中的加入比重值，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，其理念是將風電在某種形式上輸入電網和儲蓄起來的方式，確保能為電網穩定進行供電。現如今，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-抽水蓄能聯合運行系統”形式已經被充分利用起來了。比如：西班牙國家就已經將風電-抽水蓄能聯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的時候，同時建立了抽水蓄能電站，完成了對“聯合運行”的運用。位于前列的德國、丹麥和美國等國家，也都已經將此理論應用到實例工程中了[3]。

因此，各界人士對抽水蓄能電站的優點進行了綜合性的總結，主要包括：對電網負荷變化的反應迅速且調節力好，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，強迫停止運行的發生情況低，總體運行安全系數高和平衡度保持良好和供電的質量高。所以，對“風電-抽水蓄能聯合運行系統”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中，且能保證高質量的供電；當電網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，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

抽水蓄能電站是在運行的后半過程中，把電網多出的電能進行儲存，且轉變成水能，然后在電網達到高峰值的時間段時以調峰調頻電能的角色對電網進行輸入。簡而言之即是把余出的電能轉換成高質量的電能的具有調度性能且可儲備電力的電廠。所以，它所具備和結合的優點使得此聯合方式的運行，成為對電網調峰調頻重要內容。

2.2 有效的運用結論

目前來說，我國尚處于對聯合運行系統的初步設計和研究的階段，而于風電資源開發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的過程中存在一定風險，而風電-抽水蓄能系統的聯合運行理論，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，優先使用存蓄的蓄能進行發電的一種有效的技術路線；對運行進行了優化的計算和分析，也對峰谷間的電價差異進行分析考慮，其在經濟上完全具有可行性；對島嶼進行過專項的研究，提出了對開發島嶼風電這項可再生資源時，其高效的策略即是對聯合運行系統的引用；相比普通的風電系統過程中存在的問題與不足，聯合運行系統可以增加其電費的收入，同比情況下的數據約達15萬元/D。綜合可見，兩者之間的經濟效益和社會效益也有較大差距，對聯合運行系統的深入探究和普遍使用已成必然的發展趨勢。

3 結語

我國目前對風電場的開發與建設還屬于初級階段，風電占比整個電網的數值還較小，所以暫且也還不需要關注風電輸入電網中存在的風險問題。但是，需對風電-抽水蓄能聯合運行系統加以利用和研究分析需要各地區組織引以重視。尤其是一些風能資源相對而言較豐富的地區，推動風電、抽水蓄能聯合運行在地區的可行發展，將為地區整個的電網系統帶來可觀的經濟效益及高質量的供電保證。

【參考文獻】

【1】馮汝明.抽水蓄能-核電-風電聯合調峰控制策略研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2017.

【2】曹昉.風電及抽水蓄能電站容量規劃方法研究[D].保定：華北電力大學，2013.

【3】張樂平，宋臻.抽水蓄能與風電互補的探討[J].西北水電，2011（01）：79-81+87.