關于地區電網新能源發電項目消納能力的分析

摘要：最近幾年，由于煤炭資源的大量減少，全國各地開始建立了一批以風力和太陽能等新能源為基礎和核心的發電基地，但是在使用和發展過程中出現了不小的問題。本文據此對影響地區電網新能源發電項目消納能力的因素進行了分析，然后探究了具體的評估方法，希望能夠為電網的規劃提供一定的參考。

關鍵詞：風力；電網；消納能力

1.影響地區電網新能源發電項目消納能力的因素

1.1電網結構

顯而易見，不同的電網結構具備不同的輸電能力，以變電站為例，新能源的接入需要保證電網調度的靈活性，所以最大的消納能力會受到線路容量的影響，同時滿足“N-1”的條件，典型的公式如下：

Smax=Pk9+PE

其中，Smax代表新能源最大的消納容量，而Pk代表最小網供負荷，PE代表“N-1”條件下線路的容量。

這里還需要注意一下電力線路走廊建設方面的問題，因為建設用地不斷縮小，發電基地的建設與城市的規劃存在一定的沖突和矛盾，輸電線路會牽涉到公眾的利益，如果協調不及時或者是處理不當，都會對發電項目的建設產生不好的影響，進而制約發電項目的消納能力。

1.2電能質量

近年來，新能源在一定范圍內得到了推廣，但是也產生了一些電能質量方面的問題，比如電力諧波、電壓閃變以及三相不平衡等，加上電壓偏差問題比較嚴重，所以在一定程度上制約了電網新能源發電項目的消納能力。與此同時，電網短路電流的來源分為大電網和新能源電網兩類，為了提高電網運行的穩定性和安全性，需要保證短路電流不超過線路允許的最大短路電流。

1.3調峰能力

調峰能力對于新能源發電項目消納能力的影響主要包括：第一，在某些情況下，區域電網需要獨立運行，為了保證電網輸電頻率的穩定，需要電網具有足夠的調峰能力，從而進行迅速調節。第二，無論是受端電網還是送端電網，當負荷急劇變化時，就需要系統具有足夠的調峰能力，從而增加或者減少有功出力，避免發生危險事故。

2.評估地區電網新能源發電項目消納能力的方法

2.1調峰角度

2.1.1容量公式

調峰指的是，電力企業在滿足電力系統負荷需求后，根據負荷的變化，及時調整，從而保證電能的生產、輸送和使用同時完成的活動。主要方式是，通過具有調節能力的發電機組，按照一定的速度，對發電機端的負荷進行調整。對于地區電網而言，在負荷高峰時可調機組的出力計算公式為：

負荷高峰時大網機組的區域出力=地區最大負荷×（1+負荷備用系數）-地區自備電廠出力-0.7×地區供熱機組出力

整個過程中，自備電廠和供熱機組不參與調峰，由此可得：

地區電網的調峰能力=負荷高峰時大網機組的區域出力×綜合調峰系數

其中，綜合調峰系數由機組類型決定，而且電源結構以煤電為主、水電次之，新能源消納能力在計算中統一取70%。

2.1.2雙峰特性

以風電為例，由于風速隨時都在發生變化，導致系統在低谷負荷時功率較大，而在高峰負荷時功率較小，比如夜間電網系統處于負荷低谷，風電滿發，當負荷由低谷變為高峰時，風電停發[1]。再以光伏發電為例，與太陽的光照時間和光照強度成絕對的正比例關系，從上午7點到下午2點，太陽能輻射強度基本處于上升趨勢，從下午2點到傍晚6點，太陽能輻射強度逐漸下降，也就是說，中午時間光伏電站出力較大。

2.1.3計算方法

受到電網功率平衡關系的影響，在低谷負荷狀態下，發電機組出力與機組最小技術出力之差就是消納新能源的調峰容量，也就是說，電網調峰盈余決定了新能源消納能力的大小，具體公式為：

機組出力-最小技術出力=系統最大負荷×負荷備用系數×調峰能力-（系統最大負荷-系統低谷負荷）×負荷備用系數=電網調峰能力-電網調峰需求

對于風電消納能力的計算，需要考慮風電出力的同時率，這就要保證風電場運行數據充足，一般情況下，同時率取值在0.8～0.9之間。這種前提下，風電消納能力可以用調峰容量盈余與同時率的比值表示，風電出力與負荷的曲線如圖1所示。

光伏消納能力的計算需要同時考慮風電同時率和光伏同時率，所以：

調峰容量盈余=光伏消納能力×光伏同時率+風電消納能力×風電負載率×風電同時率

經過化簡，可以得到：

光伏消納能力=（調峰容量盈余-風電消納能力×風電負載率×風電同時率）/光伏同時率

與風電同時率類似，光伏同時率的取值在0.8～0.9之間。

2.2容量角度

正常情況下，如果當地不能完全消納新能源產生的電力，就需要將電力輸送到主網，那么新能源消納能力就受到兩方面因素的限制[2]。

第一方面，主網的線路容量。不能忽視的是，新能源在上送電力的過程中，很可能導致線路負荷過大，尤其是單個110kV的變電站，當出現功率外送的情況，需要借助220kV變電站，即使是400kV的變電站，也需要滿足220kV出線“N-1”校驗，相應的公式如下：

新能源最大出力=電網最小負荷+線路“N-1”容量-常規機組出力

第二方面，主網的變電容量。新能源的接入不能改變原有電網的性質，也不能對電網運行方式產生阻礙作用，需要確保電網平穩運行，也就是要滿足“N-1”的條件，即：

新能源出力+常規機組出力-電網最小負荷≤“N-1”容量由此可見，當新能源出力大于本地消納時，能夠輸送的電力大小受主變“N-1”容量的限制，那么在對風電和光伏消納能力進行計算時，就需要考慮不同容量約束下出力值的大小，之后取最小的出力值，然后除以相應的同時率。從某種角度講，新能源發電項目的合理開發和利用，能夠節約資源，避免浪費，并且緩解供電壓力，容量盈余情況對風電出力的影響如圖2所示。

結論：

綜上所述，雖然新能源發電項目優勢明顯，但是在具體運行過程中，具有較大的隨機性和間歇性，導致整個發電過程有一定的起伏，容易出現發電過剩和發電不足的情況，所以需要認真做好新能源發電項目消納能力的分析和評估工作，從而找到優化方法，保證供電的穩定性和連續性。

參考文獻

[1]葛江瑜. 河西新能源基地電力消納相關問題研究[D].蘭州理工大學，2018.

[2]陳軼瑋，高強，陳翔.玉環電網風力發電項目消納能力[J].農村電氣化，2018（01）：10-14.

作者簡介：陸俊（1991.03——），男，漢，湖南衡陽，電氣工程師，助理工程師，本科，研究方向：電力（新能源）。

（作者單位：東天工程咨詢有限公司）