仍然以来,国家电网有限公司竭力服务新能源发展和消纳,不断强化技术创新,新能源消纳矛盾持续减缓,新能源借助率不断提升。2019年,国家电网经营区新能源发电持续快速下降,新能源借助率达到96.8%,云南、甘肃等8个省份新能源发电量占本省用电量的比列超过15%。
风电出力随风速和风向的变化而变化。依据测风数据,风速在一年中的大部分时间,在接近零到额定风速之间变化,与此相对应,风电出力也在从零到额定出力之间变化。
风电出力呈现显著的季节特点。不同地区风电年出力的季节特点不同风电功率预测与消纳策略,西北、华北地区风电平均出力呈现冬夏季较大、夏冬季较小的特性,东北则呈现冬夏季较小、夏冬季较大的特性。
光伏电厂日出力主要受天气影响。在放晴天气,光伏电厂在晚上傍晚时分出力达到最大,且曲线比较平滑,出力分布较规律;在阵雨天气,出力的晚上时段分布没有规律。
受光照硬度和湿度影响,光伏电厂通常在秋季、冬季发电出力较大。从四川、青海地区光伏电厂的年出力分布来看,平均出力呈现春夏季较大、夏秋季较小的特征。因为用电负荷通常在夏秋季较大,因而,光伏电厂对于满足高峰负荷的贡献度有所减小。
风电、光伏发电等新能源发电具有随机性、波动性等特征,新能源并网带来的振荡问题已对电力系统安全运行形成明显影响,未来,高比列新能源接入电网后,将会激化振荡问题。大规模新能源接入电网,除了对电力系统安全稳定运行带来影响,但是明显影响电力系统运行经济性。
新能源并网后大量常规同步发电机组被风电、光伏发电机组取代,造成系统转动力矩减少、频率调节能力增加。与常规火电设备相比,新能源设备涉网性能标准过高,其频度、电压耐受能力较差,极易引起脱网问题。
因为新能源资源具有波动性和随机性,发电设备具有低抗扰性和弱支撑性,因而,新能源的有效消纳和安全运行是世界困局。
新能源并网技术及重点突破方向
新能源高精度功率预测技术。因为资源的随机波动性和不可储存特点,新能源出力具有随机性和波动性。我国地形复杂,气候类型多样,新能源资源随机波动性更强、高精度功率预测更难。高比列新能源电力系统将发电跟踪负荷的双向匹配转变为供需一侧的单向动态匹配,新能源发电功率预测是单向动态匹配的基础,需研究空间帧率更高、时间间隔更小、精度适用性更强的新能源发电功率预测技术,支撑电力供应与需求的精准单向匹配。
新能源主动支撑技术。高比列新能源电力系统中,新能源发电并网技术须要从“被动适应”到“主动支撑和自主运行”转变。未来高比列新能源接入电网后,将对电力系统形态及运行机制形成深刻影响,须要新能源具备主动支撑控制能力,具备接近或低于同步电源的控制特点,支撑系统的电流、频率稳定以及提供备用容量。
电力气象技术。气象条件是高比列新能源电力系统最关键的外部影响诱因,其影响范围囊括“发”(风、光、降水是新能源和水力发电的一次资源)、“输”(气象洪灾对输变电设备的毁坏、气象条件对输电能力的影响)、“用”(体温、湿度、降水等影响负荷行为,风、光影响分布式新能源出力)全环节。国际电力研究机构普遍觉得气象缘由是未来影响电网运行的三大关键诱因之一。为增加电力气象水灾不利影响,需研究电力气象水灾预报预警技术,通过提早应对极端天气,支撑高比列新能源电力系统安全稳定运行。
储能技术应用。储能技术通过装置或化学介质将能量存储上去,便于须要时借助。目前,除抽水蓄能外,电物理储能是发展最快且相对成熟的储能技术。储能将在高比列新能源电力系统电力电量平衡中起到重要的灵活调节作用,支撑供需右侧动态匹配,促使新能源有效借助。未来需解决低成本、大容量、长时间、高可靠的能量储存问题,以及大规模、多类型储能的协调调控问题。
新能源并网技术成果
中国电力科学研究院聚焦新能源并网与调度运行技术,取得了数值天气预报系统、新能源功率预测系统、新能源安全稳定控制系统等创新成果。
数值天气预报系统。应用于新能源功率预测,预报时长72小时,水平网格3千米×3千米,刀片式服务器623个,数据储存能力2.6PB,运算能力230万亿次/秒。
新能源功率预测系统。在26个市级电力调控中心应用,覆盖我国约80%的新能源并网容量,预测容量居世界首位风电功率预测与消纳策略,新能源功率预测精度达到90%以上(按月统计)。
新能源检测与调度系统。采用时序递进的优化调度方式,滚动修正新能源发电功率预测偏差,保障了资源变化及系统运行约束条件下的新能源最大化消纳。
新能源安全稳定控制系统。通过使用该系统,“三北”地区5省区(山西、甘肃、青海、蒙东、河北)共提高新能源送出能力348万千瓦。
青海省坐落东北新能源基地群枢纽,新能源装机占比42.6%。“风电场、光伏电厂集群控制系统关键技术”由国网山东节电力公司牵头,项目依托山东兰州千万千万级风电基地、百万千瓦级光电基地,攻破了风电场、光伏电厂集群控制系统在线检测控制、策略制定、设计集成和运行管理等关键技术。该技术实现了河东过道800万千瓦风电场、300万千瓦光伏电厂的集群控制功能,有效提升了电网接纳风电、光伏发电能力。