南网新能源发展现状及并网关键技术研究

2016-07-24杨苹许志荣郑群儒张育嘉

电源技术 2016年8期

杨苹，许志荣，郑群儒，张育嘉

(1.华南理工大学电力学院，广东广州510640；2.风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室，广东广州511458；3.华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室，广东广州511458)

南网新能源发展现状及并网关键技术研究

杨苹1,2,3，许志荣1,2,3，郑群儒1,2,3，张育嘉1,2,3

随着能源短缺问题日益显现、环境污染问题日益加剧，发展新能源发电技术能让经济、环境和社会发展多方受益。近年来，在政府的扶持下，南方电网区域的新能源发电产业进入了快速发展的阶段。调研了南方电网区域新能源的利用现状及发展趋势，分析南方区域新能源应用所存在的问题，并结合南方电网区域新能源并网应用现状，归纳出新能源并网需要研究的关键技术问题，为制定新能源发电接入电网的标准规范和改进调度控制技术提供基础和依据，对推动南方区域新能源大规模的发展具有参考意义。

南方电网；新能源；并网技术

开发利用新能源对解决当今世界环境污染与资源短缺问题、实现节能减排、缓解能源危机具有非常重要的意义[1-2]。近年来我国新能源产业进入了快速发展时期，我国政府重点支持新能源发电，大力推进风电规模化发展，积极支持太阳能光伏发电应用[3-5]。在能源问题逐步加剧与新能源快速发展的背景下，加强对南方区域新能源发展现状及并网关键技术的调研具有重要意义[6-7]。

新能源发电受环境影响大，具有间歇性和不稳定性的特点，而且容量小、功率不稳定、独立向负荷提供可靠供电的能力弱，会对电网造成波动。新能源发电影响系统安全稳定的缺点将是其发展中的主要障碍[8-9]。因此，推进新能源成为未来的主导能源，必将面临如何解决以新能源发电为主导电源的电网安全性、稳定性、可靠性等多方面的问题，研究解决新能源并网关键技术成为新能源发展的迫切需要[10]。

根据南方电网“十二五”规划，新能源在南方电网区域内将获得较大发展。为了配合新能源在南方电网区域内的大规模发展，一方面需要调研南方电网区域新能源利用状况、并网技术现状及发展趋势，归纳分析全网新能源运行存在的问题；另一方面，有必要研究新能源并网关键技术和电网调度控制技术，为南网制定相关技术标准和政策提供技术支持，推动新能源在南方电网区域内快速发展。

1 南网区域新能源应用情况及存在的问题

从储量和开发技术的成熟度角度考虑，本文主要讨论了南方五省区光伏发电、风能发电和生物质能发电的应用情况，并针对当前的新能源开发利用情况指出南网区域在开发应用新能源过程中所存在的一些突出问题。

1.1 南方区域光伏发电现状

截至2013年8月，南方五省区域内已投产光伏发电项目装机容量共22.4万千瓦。其中广东、广西、云南、海南省内已投产的光伏发电项目装机容量分别为7.5、3.8、6和5万千瓦，项目年利用小时数分别为1 000、1 000、1 300～1 400和1 200～1 300 h。贵州已投运130 kW，全部用于解决边远山区居民用电问题。五省区装机容量如图1所示。

图1 南网五省区光伏发电装机容量对比

南方电网区域的太阳能发电以太阳能光伏发电为主，主要位于广东、云南和海南。

(1)广东省

广东省处于低纬度地区，属于全国太阳能资源Ⅲ类和Ⅳ类地区，太阳能资源较为丰富。在2013年11月国家能源局发布的2014年各省光伏发电规模预方案中，广东省分布式光伏配额为100万千瓦，预计到2015年底，广东省光伏并网装机总容量将超过250万千瓦。

(2)云南省

云南省太阳能资源丰富，现已经成为我国太阳能利用研究、生产和推广的重要市场，云南省规划建设地面光伏电站总装机容量为65.2万千瓦，其中43.2万千瓦计划于“十二五”期间建成。

(3)海南省

海南地处北回归线以南，日照时间长，太阳能资源丰富，大气洁净透明度好，光穿透力强，全省太阳能资源理论储量为2.3万GWh/年，理论装机容量为25 253 MW。其中可利用量约为113.4万MWh/年，可利用装机为1 262 MW。海南省年平均太阳辐射总量为5 100～6 300 MJ/m2，年日照时数为1 750～2 650 h，光照率为50%～60%。

结合海南省的太阳资源条件、电力市场消纳能力及可利用土地面积等建设条件，预测到2020年海南省的太阳能发电规划建成规模将达到105万千瓦。

1.2 南方区域风力发电发展现状

截至2013年8月，南方电网五省区域内已投产风力发电项目装机容量共459.61万千瓦，均为陆上风电。其中广东、广西、云南、贵州、海南省内已投产的风力发电项目装机容量分别为162.2、12.75、159.9、94.46和30.3万千瓦，年平均利用小时数分别约1 641、2 121、2 620、1 335和1 812 h。图2为南网五省区风电装机容量对比。

(1)广东省

广东省具有丰富的陆上风能资源和海上风能资源，风电开发潜力巨大。广东省陆上风能理论储量7 500万千瓦，风资源丰富区的陆地面积达4 200平方公里，按全部利用计，可装机容量约1 700万千瓦，其中风能资源高产区的陆地面积1 800平方公里，按全部利用计，可装机容量约700万千瓦。

图2 南网五省区风电装机容量对比

广东省沿海及岛屿风速大，面积广，风力资源潜力巨大，3 300多公里的海岸线是风能资源最丰富的地区。年平均风速6～9 m/s或以上，有效风功率密度普遍在200～400 W/m2以上，有的地区达400～700 W/m2，有效发电时间约7 500 h，约占全年时间的85%。离岸40 km风能资源总储量约为9 000万千瓦，近期可装机容量达550～600万千瓦，每年可发电100～120亿kWh，开发潜力相当大。尤其是粤东海域，风能资源丰富，品质较好，具有很高的并网开发价值。

(2)云南省

云南省位于高原地区，地形复杂，风速的地形效应非常显著，风速随海拔高度增大而增大，在坝区边缘海报较高的山地上风能资源最为丰富。截止2013年8月份，云南省已投产风电场23座，装机容量为159.9万千瓦，2013年1～8月累计上网电量27.9亿kWh。

(3)贵州省

贵州省的风能资源主要分布于中部和西部，分布相对零散复杂。基于风能资源长期数值模拟及GIS空间分析，贵州省70 m高度大于200 W/m2的技术开发面积为2 769平方公里，技术开发量为770万千瓦；大于250 W/m2的技术开发面积为2 002平方公里，技术开发量为558万千瓦；大于300 W/m2的技术开发面积为1 630平方公里，技术开发量为456万千瓦；400 W/m2以上区域的技术开发面积为568平方公里，技术开发量为157万千瓦。

1.3 生物质能

截至2013年8月，南方五省区内已投产的生物质能发电项目装机容量共91.43万千瓦，广东、广西、云南、海南分别为74.33万、12.61万、1万和3.5万千瓦。项目年利用小时数分别为3 000～5 000、2 112.8、3 231.3和5 851 h，贵州省尚无生物质能发电项目。图3为南网五省区生物质能发电装机容量对比。

虽然南方电网区域的生物质能在过去的几年里得到了一定程度的开发利用，但是生物质能的利用目前仍然存在缺乏成熟技术支持和详细开发规划的问题。

1.4 南方区域新能源应用所存在的问题

目前南方电网五省区新能源电源装机和发电量比重较小，尚未形成规模化应用，在开发应用过程中存在统一规划力度不够、产业技术研发能力不足、资金投入有限、开发成本较高、依赖政策等问题，需要在未来的新能源发展中引起足够重视并设法解决。

图3 南网五省区生物质能发电装机容量对比

2 新能源发电并网关键技术的研究及分析

无论是规模化新能源并网，还是分布式新能源并网，都将对电网的安全稳定运行带来一定的影响，并减弱现有电网运行管理方法的适应性，从而威胁到电网运行的稳定性、可靠性和安全性，因此，开展电源侧新能源并网关键技术相关研究具有重要意义。表1分析了新能源发电系统并网电源侧的关键技术，所有电源侧关键技术的目的都是为了保证新能源发电系统的平稳出力，以保障新能源电站的稳定高效运行。

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新能源大规模并网不仅需要在电源侧对具有随机性和波动性的新能源发电微源进行控制，还需要完善并网的电网调度控制技术。电网调度控制技术是实现新能源电站优化运行管理的关键，能量管理与调度系统性能的好坏直接关系到整个新能源电站的运行效率与安全性。表2分析了新能源发电系统大规模并网的电网调度控制技术。

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3 主要建议

随着新能源的大规模发展接入，促进电网和新能源协调发展，加强调度运行管理，服务新能源发展是南方电网区域企业适应能源结构变化和新能源格局要求的必然选择。结合南方电网区域新能源并网应用现状和并网关键技术研究，从技术和管理层面提出如下建议：(1)积极研究和吸纳新技术，以提高新能源的并网性能。(2)提高风电、太阳能等出力预测精度。(3)完善并网检测机制。(4)科学合理研究规划新能源接入容量。(5)统筹规划并加快电网建设，促进协调新能源发展。(6)加强调度管理，逐步规范新能源发电运行要求。(7)完善技术标准，加快研究新能源发电调度技术。

4 结论

近年来，国内外新能源都得到快速发展，风力发电和光伏发电在国内特别是南网区域发展尤为迅猛，随着国家对新能源发展的鼓励和大力支持，“十二五”期末，南方区域的风力发电和光伏发电装机规模都将翻倍增长，势必进一步影响电网运行。在调研南网区域五省区光伏发电和风能发电现状以及分析南方区域新能源应用所存在问题的基础上，归纳出新能源并网需要研究的关键技术问题，有助于制定标准的新能源发电并网规范和改进调度控制技术，最终针对南网区域企业适应能源结构变化和新能源格局要求提出了建议和意见，推动了南网区域新能源产业的发展。

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Development status and key grid-connected technology research of new energy in CSG

YANG Ping1,2,3,XU Zhi-rong1,2,3,ZHENG Qun-ru1,2,3,ZHANG Yu-jia1,2,3
(1.College of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 510640,China;2.State Local Joint Engineering Laboratory of Wind Power Control and Grid Connected Technology,Guangzhou Guangdong 511458,China;3.Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 511458,China)

The development of new energy generation technology is of great benefit to economy,environment and society along with energy shortage and serious environmental pollution.New energy generation industry in CSG area has entered a stage of rapid development under the government's support.The development status and development tendency of new energy in CSG area were researched and the current existing problem was analyzed,then the key grid-connected technology needed to be studied was summarized,providing the underlying basis for making grid-connected standard specification and improving the scheduling control technology.All this research is of great significance for promoting the development of new energy in southern area.

CSG;new energy;grid-connected technology

TM 61

1002-087 X(2016)08-1741-04

2016-01-06

国家高技术研究发展计划(“863”计划，2014AA052001)；国家自然科学基金项目(61273172)；广东省战略性新兴产业核心技术攻关项目(2012A032300013)

杨苹(1967—)，女，广西壮族自治区人，博士，教授，主要研究方向为新能源并网发电控制。E-mail：eppyang@scut.edu.cn.