大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)調(diào)峰措施探析

吳士區(qū)

(福建省福能海峽發(fā)電有限公司，福建 福州 350207)

風(fēng)電出力具備運行方式復(fù)雜、隨機性強的特點，使其在接入電網(wǎng)后會對電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰帶來重大影響，這成了電網(wǎng)運行需要解決的難題之一。為了掌握風(fēng)電接入電網(wǎng)產(chǎn)生的調(diào)峰難易程度，有必要對電網(wǎng)負荷峰谷差進行量化研究，建立峰谷差相關(guān)指標體系，根據(jù)計算得出的指標數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)調(diào)峰難易程度進行客觀評價，進而為制定有效的調(diào)峰措施提供數(shù)據(jù)支持。

1 大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)對調(diào)峰的影響

某省風(fēng)能資源豐富，累計風(fēng)電裝機位居全國前列。該省電網(wǎng)以火電為主，擁有大量供熱機組，在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，隨著風(fēng)電容量的增加，電網(wǎng)調(diào)峰壓力隨之增大[1]。下面以該省為例，分析大規(guī)模風(fēng)電接入該省電網(wǎng)對調(diào)峰帶來的影響。

1.1 電網(wǎng)概況

1.1.1 電網(wǎng)負荷。全區(qū)電力負荷穩(wěn)定，負荷峰谷差較小，工業(yè)用電占社會用電的比重較高，電網(wǎng)負荷率不低于93%，具備較好的備用容量條件，能夠滿足大規(guī)模風(fēng)電接入需求。從全年用電負荷角度分析，全區(qū)最大負荷出現(xiàn)在11月份，主要原因是灌溉負荷和冬季取暖負荷在此時間段的快速增長。進入1月份、2月份后，尤其在春節(jié)前后，工業(yè)負荷明顯降低，部分工業(yè)處于停運狀態(tài)，使得這一時間段成為全年最小負荷月份；從日內(nèi)用電負荷角度分析，全區(qū)電網(wǎng)負荷波動特點與工業(yè)生產(chǎn)特點密切相關(guān)，即在8∶00、16∶00、24∶00期間出現(xiàn)較大波動[2]。

1.1.2 電源網(wǎng)架。在全區(qū)電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)總裝機容量中，火電、水電、風(fēng)電和光伏裝機分別占81.7%、2.1%、13.5%和2.7%。其中，火電機組中的供熱機組比重較高，占330 MW及以下的火電機組裝機容量的49%，在冬季全開供熱機組的情況下，電網(wǎng)調(diào)峰能力受到較大程度影響。全區(qū)共有32座風(fēng)電場，裝機容量為2 650 MW，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的特點為：以分散接入為主，局部集中接入。

1.2 對電網(wǎng)調(diào)峰的影響

1.2.1 風(fēng)電出力對調(diào)峰影響。風(fēng)電日內(nèi)出力變化幅度、負荷變化幅度是影響電網(wǎng)負荷峰谷差的主要因素。根據(jù)風(fēng)電日內(nèi)出力對電網(wǎng)等效負荷峰谷差改變模式的不同，將調(diào)峰劃分為3種形式，分別為反調(diào)峰、正調(diào)峰、過調(diào)峰。下面以全區(qū)電網(wǎng)2016年的運行數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)來源，分析風(fēng)電出力對電網(wǎng)調(diào)峰的影響。2016年全年均發(fā)生風(fēng)電出力情況，反調(diào)峰、正調(diào)峰、過調(diào)峰天數(shù)分別為318 d、48 d、8 d，分別占總天數(shù)的87.12%、13.15%、2.19%。其中，過調(diào)峰占比最小，僅在風(fēng)電裝機容量相對于負荷比例較大時才會出現(xiàn)。全區(qū)日內(nèi)風(fēng)電出力最大時段為0∶00-3∶00、21∶00-24∶00，呈現(xiàn)出反調(diào)峰特點。

1.2.2 風(fēng)電接入對調(diào)峰影響評估。對全區(qū)電網(wǎng)2016年風(fēng)電接入前后的電網(wǎng)峰谷差變化相關(guān)指標進行計算，計算結(jié)果如下：接入前的原始負荷最大峰谷差為1 221 MW；等效負荷最大峰谷差為2 441 MW；電網(wǎng)最大峰谷差變化為1 556 MW；電網(wǎng)最大風(fēng)差變化率為227.5%；接入前的原始負荷平均峰谷差率為8.7%；等效負荷平均峰谷差率為12.9%；平均峰谷差率變化為4.2%，平均相對峰谷差變化率為47.8%。

對上述計算指標進行分析：風(fēng)電接入電網(wǎng)后，調(diào)峰需求大幅度增加，電網(wǎng)最大峰谷差變化率達到了227.5%，說明風(fēng)電接入電網(wǎng)前后的調(diào)峰需求增加2倍以上；電網(wǎng)平均相對峰谷差變化率為47.8%，表明電網(wǎng)日內(nèi)面臨著復(fù)雜多變的調(diào)峰需求，調(diào)峰難度明顯增大。

1.2.3 電網(wǎng)典型運行方式下對風(fēng)電接納能力評估。在夏季，全區(qū)水電出力大，但是水電沒有調(diào)峰能力，且需要滿足省外送電需求。在冬季，全區(qū)供熱機組開機比重增大，以滿足旺盛的供熱需求，此時降低了火電機組調(diào)峰能力。由此可知，全區(qū)在夏季與冬季電網(wǎng)的典型運行方式下會明顯削弱電網(wǎng)對風(fēng)電的接納能力，具體表現(xiàn)為：夏季，全區(qū)最小負荷率為87%，最大負荷為10 300 MW，直流高峰與低谷分別送出4 000 MW、3 400 MW，發(fā)電廠出力設(shè)定為7%；冬季，全區(qū)最小負荷率為88%，最大負荷為10 800 MW，直流高峰與低谷分別送出4 000 MW、2 800 MW，發(fā)電廠出力設(shè)定為7%。

假定C1與C2兩種典型運行方式，C1為不考慮電力外送情況的運行方式，且各個機組無區(qū)別，機組調(diào)峰容量占額定容量45%。C2為考慮電力外送情況的運行方式，且各機組存在差別，機組調(diào)峰容量占額定容量20%。

在C1運行方式下，夏季峰荷時的風(fēng)電接納能力為4 862 MW，低谷時的風(fēng)電接納能力為3 421 MW。冬季峰荷時的風(fēng)電接納能力為5 099 MW，低谷時的風(fēng)電接納能力為3 705 MW；在C2運行方式下，夏季峰荷時的風(fēng)電接納能力為5 494 MW，低谷時的風(fēng)電接納能力為3 454 MW。冬季峰荷時的風(fēng)電接納能力為5 690 MW，低谷時的風(fēng)電接納能力為3 096 MW。由此可見，冬季低谷接納風(fēng)電能力相對偏低。

2 大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的調(diào)峰措施

2.1 削減電網(wǎng)負荷峰谷差

在地方經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，全區(qū)電網(wǎng)負荷峰谷差會持續(xù)增大，為有效應(yīng)對風(fēng)電的反調(diào)峰性，可以采取以下措施改善負荷峰谷差：①加強用戶需求側(cè)管理，通過調(diào)整低谷負荷的電價引導(dǎo)用戶合理規(guī)劃用電需求，尤其對于工業(yè)企業(yè)而言，鼓勵企業(yè)減少在高峰負荷時的用電量[3]。②全區(qū)電網(wǎng)持續(xù)開發(fā)儲能設(shè)備，增大調(diào)峰容量，降低風(fēng)電接入帶來的調(diào)峰影響。③開展可控負荷研究與實踐，智能化干預(yù)負荷峰谷，促使電網(wǎng)峰谷特性得到優(yōu)化。④研發(fā)用電需求側(cè)智能化管理系統(tǒng)，借助靈活的電價機制，合理配置電力資源，逐步縮小負荷峰谷差。

2.2 調(diào)整電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)系統(tǒng)要優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，增強深度調(diào)峰能力，具體措施如下：①全區(qū)電網(wǎng)要建設(shè)儲能設(shè)施，增大低谷期間電能存儲容量，避免低谷期出現(xiàn)風(fēng)電棄風(fēng)問題。②電網(wǎng)采用先進的供熱機組調(diào)峰技術(shù)，安裝儲熱設(shè)備和電加熱設(shè)備，促使用電負荷低谷時期能夠?qū)L(fēng)電能轉(zhuǎn)化為可存儲的熱能，降低熱電廠低谷最小出力，控制電網(wǎng)整體的電能生產(chǎn)成本[4]。③借助市場調(diào)節(jié)機制，對火力發(fā)電電源結(jié)構(gòu)進行調(diào)節(jié)，提高火力發(fā)電機組的深度調(diào)峰能力，以保證大規(guī)模消納風(fēng)電。

2.3 加強電網(wǎng)互聯(lián)

全區(qū)電網(wǎng)是電力盈余的送電終端，發(fā)電負荷包括本地負荷和外送負荷，為提高全區(qū)電網(wǎng)的外送能力，充分消納風(fēng)電，必須加強電網(wǎng)互聯(lián)，使得負荷低谷時段能夠提供更大規(guī)模的風(fēng)電。本地電網(wǎng)要與上級調(diào)度機構(gòu)進行協(xié)調(diào)，實現(xiàn)本地電網(wǎng)與其他地區(qū)電網(wǎng)的輸電線路互聯(lián)，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力。

2.4 開發(fā)電網(wǎng)智能化技術(shù)

為降低大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后帶來的電網(wǎng)調(diào)峰壓力，電網(wǎng)要積極開發(fā)和應(yīng)用智能化技術(shù)，對風(fēng)電進行預(yù)測和控制。具體措施如下：①建立起風(fēng)能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對風(fēng)能實時監(jiān)測，積極開發(fā)并運用風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)，基于數(shù)值天氣預(yù)報構(gòu)建起風(fēng)電功率預(yù)測模型，根據(jù)預(yù)測出的風(fēng)電出力變化制定電網(wǎng)調(diào)度計劃，有效調(diào)控電網(wǎng)的備用容量，降低電網(wǎng)運行成本。②運用風(fēng)電與其他電源的協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)，促使電網(wǎng)各種電源之間保持協(xié)調(diào)運行關(guān)系，提高系統(tǒng)設(shè)備利用率。③研發(fā)風(fēng)電場自身功率可控性技術(shù)，在保證風(fēng)電機組功率可控的狀態(tài)下優(yōu)化風(fēng)電機組的功率組合，有效控制風(fēng)電輸出功率，降低風(fēng)電接入后帶來的電網(wǎng)調(diào)峰壓力。

3 結(jié)束語

風(fēng)電接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)需承受風(fēng)電功率波動，對電網(wǎng)調(diào)峰帶來了一定程度影響。在電網(wǎng)調(diào)峰中，要有效改善負荷峰谷差、調(diào)整電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)、加強電網(wǎng)互聯(lián)，增加電網(wǎng)消納風(fēng)電裝機容量，以達到提高電網(wǎng)調(diào)峰能力的目的，從而保證電網(wǎng)的電能質(zhì)量，增強電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。