计及风电出力的电网调峰能力分析

柳晨+金芳芳

摘 要：风电并网发电是目前中国极具发展可能和前景的新能源发电。本文通过选取我国的典型电源结构，分析其调峰能力的大小以及对该地区风电装机的接纳能力来展现现阶段系统接纳大规模风电的过程中存在好多的不足之处。我国电源结构以火电为主，即使有些区域拥有相当充足的水利资源，但季节的变化也对水电的调峰能力造成了限制。而火电的调峰能力在那么多电源中是相对较弱的，风电负调峰的特点使得很多风电资源没有得到有效的利用，造成了资源的浪费。进而提出对我国能源发展的要求。

关键词：风电，调峰，电网

1调峰的原理

电网的负荷供应实时都在发生变化，而众所周知，电力供需两端的平衡是供应端去满足需求端。这就需要相应的措施去调整电量的供应，以迎合负荷的不断变化。各种电源形式都具有其自身的特点。

刨去发电机组本身的调峰能力，本文介绍的就是一些辅助措施，它们都是在发电机组的调峰能力不能满足负荷的调峰需求的情况下，去弥补调峰不足的方法，其经济性是相当低的。因为一般的储能设备，包括抽水蓄能电站在内，其效率最高也就达到80%左右，并且造价昂贵。而预测风电，大范围消纳的做法也得消耗大量的人力物力，并且需要很高的技术手段为支撑。所以说，发电机组本身的调峰能力是最经济的，也是调峰的最主要手段。

2计算电网对风电的接纳力

本文运用了典型日负荷数据以及风电机组的出力，并针对不同的电源结构与季节特点做出对风电的接纳能力分析。

在具体的计算过程中，风电由于其间歇性和不确定性的特点，可以作为一个负的负荷加在负荷曲线中。由于抽水蓄能电站的运用范围并不是很广，而电力外送，预测风力等调峰手段也无法在典型日中能有很明显的体现，姑且将水火电机组的调峰能力视为整个电网的调峰能力。

3水电机组调峰能力的计算

水电机组担负着电力系统调峰的主要任务，因为其机组起停机周期较短，所以，一般水电自己又被当作调峰机组。

在枯水期，由于水电机组停机不会导致弃水，因此此时的水电可基本达到100%的调峰能力。而丰水期，由于需要遵循水电机组满发，也就是说不能产生弃水的原则，水电的调峰能力被打打削弱了，由于各个水域的水流量都各不相同，因此本文中，丰水期的水电机组看作具有20%的调峰能力。

4火电机组调峰能力的计算

由于每台火电机组的参数都各不相同，因此调峰能力也各有差异。表1是三台火电机组的参数。

我们姑且看作是0.25*100%的调峰绝对能力。

5风电机组调峰能力的计算

风电出力日特性是指由于日内不同时段光照、气温等影响，风速在日内各时段统计意义上的大小不同而导致风电出力在日内的相对变化规律。图2为2010年甘肃电网模拟风电时序出力曲线日内各时段平均出力曲线，甘肃风电最大平均出力出现在00：00—01：00，最小平均出力出现在15：00—16：00，从图中可以看出，甘肃风电夜间的平均出力大于白天的平均出力，风电日内平均出力曲线与负荷曲线的变化趋势相反，可以推断，风电出现反调峰效应的概率大于出现正调峰效应的概率。

6接纳风电能力的计算

通过绘图的方法将典型日负荷数据与该日风电出力相合成，得到新的日负荷曲线，然后算得其最大峰谷差，进而求得其需要的调峰容量。

根据不同的电源结构以及季节特点算出系统的调峰能力，如果系统的调峰能力大于负荷日需要的调峰容量，则系统能完全接纳现有的风电出力，并可用解方程的方法算出系统还可接纳的风电容量。

例：系统的调峰能力为20534.12MW

在没有风电出力的情况下，需要的调峰是17640MW

风电出力以后，需要的调峰是19242MW

因此，对于该系统，风电装机已基本打到饱和最多只能增设X，则水电需减少X*0.186/（0.186+0.7293）=0.203X，火电需减少X*0.7293/（0.186+0.7293=0.797X

则系统的调峰能力变为20534.12-0.203X-0.797X*0.25

当，系统调峰能力刚好满足的时候，可得：

20534.12-0.203X-0.797X*0.25=19242+X*（19242-17640）/4722.03

可得X=1743MW

因此可得，该地区最多可增设风电容量1743MW。

如果系统的调峰能力小于负荷日需要的调峰容量，则在负荷低谷期，系统将完全不接纳风电，并停下一部分火电机组，直至水火电机组能保持最小出力运行时，系统才开始接纳风电的出力。

结论

本文主要通过绘曲线图的方法来计算电网对风电的接纳情况，选取的典型电源结构计算结果为在枯水期，系统的调峰能力为20534MW，而系统的调峰需求是17640MW，系统的调峰能力有富裕，因此，在枯水期可增设风电容量1743MW。而且，当火电机组有停机的7个小时45分钟里，系统完全不接纳风电出力。因此，电网能在枯水期充分接纳现有风电的出力并能接纳适量的新增风电容量。

由于文章铺陈的范围很大，因此，对于一些具体的细节并没有很深入的去剖析。这是不足之处，比如在算例計算的时候，本文没有根据具体的水火电机组去计算其调峰能力，也没有对更复杂的电源结构做出计算与分析，这也是本文的不足之处，有待改进！

参考文献：

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