风电开发与抽水蓄能电站联合建设研究

王亚红

【摘 要】大比重的风电进入电网，就会对电网的安全运行带来危害。为了达到风电利用最大化的目标，相关专家提出如果建设一个抽水蓄能电站，就可以增加电网的稳定调节性；当对这个运行模型进行经济运行计算时，发现风电与抽水蓄能电站的联合运行系统与普通的风电系统的对比，前者的运行更为有效，且综合考虑和计算经济效益和社会效益，联合运行系统能够对风能资源进行更好得利用。

【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.

【關键词】安全运行；抽水蓄能电站；经济运行

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

【中图分类号】TM611 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）08-0008-02

1 加强对风能的利用值和对电网供电质量的提高

2016 年的风电市场由中国、美国、德国和印度引领，法国、土耳其和荷兰等国的表现超过预期， 尽管在年新增装机上， 2016 年未能超过创纪录的 2015 年，但仍然达到了一个相当令人满意的水平。根据全球风能理事会发布的《全球风电发展年报》显示， 2016 年全球风电新增装机容量 54，600MW，同比下降 14.2%，其中，中国风电新增装机容量达 23，328MW（临时数据），占 2016 年全球风电新增装机容量的 42.7%。 到 2016 年年底， 全球风电累计装机容量达到 486，749MW，累计同比增长 12.5%。 其中， 截至 2016 年底， 中国风电装机总量达到 168，690MW（临时数据）[1]，占全球风电累计装机总量的 34.7%。

1.1 风电给电网带来的影响

如上文所讲，自然风有不定向和不稳定特点，可能白天与黑夜间有大的变化，也因气候和季节的不同而产生不同的变化，所以，风电功率的输出值完全会被当时的风速所影响。在风电机组全部运行时，电网需要相应地加大对它的功率不稳定性和随机变化性进行控制达到平衡的需求值，因为它的调峰和调频压力值相应的加强。而为让电网在安全范围内稳定运行和对它的最高值和最低值间作良性调节，电网需要为风电在调峰调频的容量值上做好充分的配套。近几年的低碳式经济和绿色能源政策在国内各地区经大力推行，各地区对风电的开发力度也得到了一定的提升，其风电在电网中所占的比例值也相应在提升。但是于居前列国家的比例值而言，还有一定的差距，比如丹麦国家，其风电并网的比例大过电网容量的21%[2]。由此可见，对全国各地区做到加大其风电比例占比值的目标，需要各地区相应具备其对电力的调度能力和对电能的质量的控制技术。

1.2 如何确保其供电的质量

1.2.1 异步发电机

目前来说，大型的风力发电机大多是异步发电机，所以需要承载大比例的无功功率才能进行并网运行，尽管大型机的机端会配置含有大容量的电容器组作为补充，但是在风电的比重值加大时，在加重了电网的无功承担时，相应地对电网调节容量值的要求也提高。

1.2.2 产生的影响

异步发电机在运行过程中，有影响电网供电质量的问题还需认真对待，如：风速和风机的输出功率一旦有变动的时候，风电场母线和附近的电网的电压会随之发生变动，当对风电机操作其并网和脱网的过程里，对周围的电网电压也会产生影响。

1.2.3 送电距离的加长而增加成本

风电的比重值在增加时，电网输送电距离变长时，它所需对应的技术要求也会增大，且运行中发生的成本也急剧猛涨。

所以，对上面三个问题的总结表明：当对电网输进的风电比重值增加至超过10%的范围时，就需要对电网系统作相应的有效的调度了，目的是为把其供电质量进行提升，且对它运行的成本达到最低值。

1.3 有效措施与优势

关于把大比重的风电输入电网会影响电网的供电质量等问题，如果只是减小或阻止风电在电网中的加入比重值，或者直接调大风机的功率的话不能解决其根本性问题，正确的方式是，可以构建一个蓄能系统，其理念是将风电在某种形式上输入电网和储蓄起来的方式，确保能为电网稳定进行供电。现如今，对风电具有蓄能作用的形式大概有如下五种：水力蓄能、超导磁力蓄能、流体电池、压缩空气蓄能和电解水制氢。其中的“风电-抽水蓄能联合运行系统”形式已经被充分利用起来了。比如：西班牙国家就已经将风电-抽水蓄能联合运行理念进行利用了，它在对ELHierro岛和Canary岛进行风能资源开发的时候，同时建立了抽水蓄能电站，完成了对“联合运行”的运用。位于前列的德国、丹麦和美国等国家，也都已经将此理论应用到实例工程中了[3]。

因此，各界人士对抽水蓄能电站的优点进行了综合性的总结，主要包括：对电网负荷变化的反应迅速且调节力好，能量储存和转换的容量较大且效率高，调峰、填谷、调频、调相和事故备用的运行性能良好，建设技术成熟的情况下且成本相对较低，强迫停止运行的发生情况低，总体运行安全系数高和平衡度保持良好和供电的质量高。所以，对“风电-抽水蓄能联合运行系统”理论的良好运用，即具体运行内容是指：把大比重的风电，转换成电能输入在电网中，且能保证高质量的供电；当电网的负荷在最低值的时候，能够把多出的风电转变成水能的储蓄的方式，即能防止风机弃荷的情况出现，在供电质量确保的情况下，加强对风能资源的利用率和逐步达到其最大化。

2 抽水蓄能及与风电组合运行

2.1 具体内容

抽水蓄能电站是在运行的后半过程中，把电网多出的电能进行储存，且转变成水能，然后在电网达到高峰值的时间段时以调峰调频电能的角色对电网进行输入。简而言之即是把余出的电能转换成高质量的电能的具有调度性能且可储备电力的电厂。所以，它所具备和结合的优点使得此联合方式的运行，成为对电网调峰调频重要内容。

2.2 有效的运用结论

目前来说，我国尚处于对联合运行系统的初步设计和研究的阶段，而于风电资源开发技术位于前茅的国家来说，已是成熟研究与实践运用过程了，得出了以下总结以国内加以借鉴，包括有：风电在直接输入电网的过程中存在一定风险，而风电-抽水蓄能系统的联合运行理论，是把超出比重的风电进行抽水式存蓄，而在负荷值达到最大时，优先使用存蓄的蓄能进行发电的一种有效的技术路线；对运行进行了优化的计算和分析，也对峰谷间的电价差异进行分析考虑，其在经济上完全具有可行性；对岛屿进行过专项的研究，提出了對开发岛屿风电这项可再生资源时，其高效的策略即是对联合运行系统的引用；相比普通的风电系统过程中存在的问题与不足，联合运行系统可以增加其电费的收入，同比情况下的数据约达15万元/D。综合可见，两者之间的经济效益和社会效益也有较大差距，对联合运行系统的深入探究和普遍使用已成必然的发展趋势。

3 结语

我国目前对风电场的开发与建设还属于初级阶段，风电占比整个电网的数值还较小，所以暂且也还不需要关注风电输入电网中存在的风险问题。但是，需对风电-抽水蓄能联合运行系统加以利用和研究分析需要各地区组织引以重视。尤其是一些风能资源相对而言较丰富的地区，推动风电、抽水蓄能联合运行在地区的可行发展，将为地区整个的电网系统带来可观的经济效益及高质量的供电保证。

【参考文献】

【1】冯汝明.抽水蓄能-核电-风电联合调峰控制策略研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2017.

【2】曹昉.风电及抽水蓄能电站容量规划方法研究[D].保定：华北电力大学，2013.

【3】张乐平，宋臻.抽水蓄能与风电互补的探讨[J].西北水电，2011（01）：79-81+87.