大規(guī)模消納風(fēng)電常規(guī)水電運行方式探究

1、大規(guī)模消納風(fēng)電常規(guī)水電運行方式探究由于風(fēng)電是一種新型的無污染的電力資源，其在 我國的發(fā)展十分迅猛，為我國經(jīng)濟發(fā)展和可持續(xù)性發(fā)展打下 了堅實的基礎(chǔ)。而電網(wǎng)的大規(guī)模接入讓我國電力企業(yè)開始著 力于制定符合電網(wǎng)要求和風(fēng)電運行特點的大規(guī)模消納風(fēng)電 的常規(guī)水電運行方式。本文從水電運行方式的依據(jù)入手，結(jié) 合具體案例對其要遵循的原則和原理進行分析探究。大規(guī)模消納風(fēng)電水電運行方式風(fēng)電消納新型能源風(fēng)力發(fā)電隨著社會經(jīng)濟的增長和人們生活水平的提高 已經(jīng)漸漸成為我國電力企業(yè)發(fā)電的重要方式之一，由于并網(wǎng) 容量的快速增長和裝機比重的明顯增加且發(fā)電量不穩(wěn)定，電 網(wǎng)調(diào)度面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在當(dāng)下，最可行有效的方式就是 快速調(diào)節(jié)風(fēng)

2、電運行方式，與常規(guī)水電運行進行配合，但是如 何減少風(fēng)電運行接入對電網(wǎng)的不利以及通過風(fēng)電和水電的 配合獲取最大效益等是我國電力企業(yè)最重要的課題。一、制定常規(guī)水電運行方式的基本依據(jù)我國水電年度運行計劃的傳統(tǒng)依據(jù)主要是以來水的預(yù) 報為根本依據(jù)，與水庫要面對的綜合利用要求和電網(wǎng)負(fù)荷需 求趨勢相結(jié)合，以尋求發(fā)電量最大化的角度為立足點，使用 數(shù)學(xué)優(yōu)化方法將水庫在不同時段的最佳控制水位及電站出 力找出來。另一種依據(jù)是把水庫當(dāng)前時段起始的水位在調(diào)度 圖中的位置確定水電站的出力作為決策，把當(dāng)前時段的預(yù)報 來水作為輸入，將水庫和電站的運行約束考慮在內(nèi)，結(jié)合水 量平衡和出力計算方法對下時段初始水位進行確定，依照這

3、個制定全年的運行計劃。傳統(tǒng)的水電年度運行方式的制定受環(huán)境因素和其它邊 界因素的影響很大，所以并不適用于風(fēng)電的發(fā)展需求，由于 水電自身在調(diào)度中存在夏季調(diào)峰容量不足、冬季調(diào)峰容量不 足的問題，所以在大規(guī)模風(fēng)電接入時電網(wǎng)時，應(yīng)該對水電在 不同時期的調(diào)峰進行推導(dǎo)，構(gòu)建集綜合考慮水電站發(fā)電量和 對風(fēng)電消納貢獻量于一體的調(diào)度模型，通過不同頻率的來水 確定性來計算，對大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的水電運行方式制定 方法的合理性進行驗證。二、制定常規(guī)水電運行方式的原則大規(guī)模的風(fēng)電接入電網(wǎng)不可能從根本上改變水電運行 上傳統(tǒng)的任務(wù)和特點，所以，水電年度運行方式的制定一定 要遵循一定的原則。首先，遵循清潔能源發(fā)電量最大的原則

4、。水電是不以消 納風(fēng)電能力最大化犧牲水電自身效益的清潔電源，要尋找水 電的運行方式就應(yīng)該綜合考慮水電站發(fā)電量和風(fēng)電消納能 力；第二，遵循優(yōu)先利用水庫的原則。水庫能夠防洪、灌溉、 供水等，這些優(yōu)勢應(yīng)該被優(yōu)先利用；第三，遵循不超出電網(wǎng)負(fù)荷需求的原則。電能必須平衡 供需，不能制定超出電網(wǎng)負(fù)荷需求的運行方式；第四，遵循將風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃需求考慮在內(nèi)的原則。隨著 風(fēng)電的影響和應(yīng)用越來越廣泛，風(fēng)電裝機的進度也必須跟上 腳步。三、制定常規(guī)水電運行方式的原理搭建模型應(yīng)該以水電調(diào)峰的根本問題出發(fā)，也就是說應(yīng) 該綜合考慮搭建水電發(fā)電量和風(fēng)電消納能力來對模型進行 優(yōu)化的，而在大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的情況下，水電運行好壞 的

5、評判標(biāo)準(zhǔn)可以用公式表示為+ ,其中，e表示電量所要達(dá)到 的需求量，表示水電站的發(fā)電量，表示風(fēng)電消納貢獻量。水 電年度運行方式依據(jù)水庫不同時期的來水特點可以劃分為 汛期和非汛期。(-)汛期在汛期，來水較多，很容易受水庫限水位的影響而產(chǎn)生 廢水，在制定的水庫年度運行方式中要體現(xiàn)水電對調(diào)峰進行 強制參與的要求，將參與電網(wǎng)調(diào)峰的實況進行描述，也可以 用公式來表達(dá)：=,其中，表示的是電站時段平均出力情況, 日負(fù)荷率的情況能夠反映汛期水電對調(diào)峰期間所帶來的幫 助，要想實現(xiàn)汛期調(diào)峰水電的加大，應(yīng)該根據(jù)兩種情況進行。首先，水庫提前泄出部分水量，為今后的調(diào)節(jié)騰出庫容, 降低部分水頭損失帶來的用電量減少的可能。其

6、次，棄水調(diào) 峰，水量因此減少，水電站的發(fā)電量也會減少。所以汛期要在約束日負(fù)荷量的基礎(chǔ)上，努力平衡水電調(diào) 峰時風(fēng)電消納貢獻量和水電站發(fā)電量。汛期（ht）運行方式的公式最終可得出：maxo（二）非汛期在非汛期，水電能夠給電網(wǎng)消納風(fēng)電提供盡可能多的條 件，而水電的負(fù)荷量與電網(wǎng)其它電源承擔(dān)的負(fù)荷量成反比， 負(fù)荷越多，電網(wǎng)消納清潔能源越有優(yōu)勢，但是，因為非汛期 用水量和水電站裝機的容量都有限度且水電在電網(wǎng)高峰時 段不能無限承擔(dān)電量，所以，水電調(diào)峰消納和水電的發(fā)電量、 裝機容量、發(fā)電水頭、水庫綜合利用以及電網(wǎng)的運行要求相 關(guān)，可以用公式來表達(dá)：=,=-,=（,其中，表示水電t時 段的發(fā)電量，k是水電站綜合

7、出力系數(shù)，是t時段的發(fā)電量, 是t時段發(fā)電的平均水頭，是t時段小時數(shù)，是t時段扣水 電實發(fā)電量除開保證后的電量，是t時段水電最小保證出力, 是t時段水電的可調(diào)電量，是t時段水電預(yù)期出力，其大小 同電站平均發(fā)電水頭機組可用容量和聯(lián)絡(luò)線上限有關(guān)。非汛期（lt）水電的年度運行目標(biāo)可以用公式表達(dá)為： maxo四、實際應(yīng)用案例以某電網(wǎng)為例進行分析。（一）應(yīng)用對象概況截止到2009年年底，該電網(wǎng)的風(fēng)電裝機容量達(dá)到了7. 62gw,超越了水電裝機容量，在東北成為第二大電源。該 電網(wǎng)風(fēng)電出力具有春季最大、秋冬季較大而夏季最小的特 點，其特有的反調(diào)峰性和相關(guān)性給調(diào)頻調(diào)峰帶來很大困難， 同時也嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全

8、穩(wěn)定性，所以水電在任何季節(jié) 都要滿足適應(yīng)風(fēng)電影響的運行要求。電網(wǎng)具有調(diào)峰能力強調(diào)節(jié)性能高，水庫庫容大等特性， 本例選擇調(diào)節(jié)能力較差的桓仁水電站進一步分析?；溉仕畮?處于渾江中游，蓄水位為300米，死水位是290米，300米 的汛限水位，屬于不完全年調(diào)節(jié)的水庫，電站總裝機容量為 2. 225gw,出力能夠保證是33mw,設(shè)計水頭為53.2米，年平 均發(fā)電量是4. 77億kw. ho（二）計算結(jié)果將電網(wǎng)日負(fù)荷量定為1以便計算，不考慮電站的聯(lián)絡(luò)線 出力約束，設(shè)常規(guī)調(diào)度圖用水量與可用水量約束相同，而入 庫來水取值則分別為特豐年5%,豐水年20%,平水年50%, 枯水年75%,水庫調(diào)度起始位為297.

9、98米，其計算運行結(jié)果 如下表所示。表1不同頻率來水的各優(yōu)化方法運行效益對比表（三）分析第一，多數(shù)年份在考慮風(fēng)電消納的過程中，其水庫年度運行方式有別于傳統(tǒng)的運行方式，既要充分發(fā)揮水電的調(diào)峰 能力又要根據(jù)風(fēng)電消納的情況制定年度運行方式，這對大規(guī) 模風(fēng)電接入電網(wǎng)的調(diào)峰能力起著十分積極的作用；第二，在枯水年份中，水電發(fā)電量因為可用水量的減少 而減少，在這種情況下，如果不對水電調(diào)峰提高風(fēng)電消納的 能力進行充分地挖掘發(fā)揮，那么清潔能源消納就沒有提高的 可能性；五、總結(jié)利用水電來適應(yīng)風(fēng)電運行，提高水電不同季節(jié)的調(diào)峰能 力，必然要改變水電傳統(tǒng)的年度運行方式，以滿足風(fēng)電發(fā)電 不確定性需求，而這種運行方式的改變將打破水電原有單純 的水電發(fā)電量最大化目標(biāo)。要實現(xiàn)電網(wǎng)大規(guī)模風(fēng)電消納需要 通過各種手段進行輔助，譬如，網(wǎng)架的合理布設(shè)、調(diào)峰深度 的技術(shù)改進、儲能電站等，這一切都需要電力企業(yè)的不斷研 究努力，為國家建設(shè)創(chuàng)造更好的明天。參考文獻1 張運洲，白建華，辛頌旭我國風(fēng)電開發(fā)及消納相關(guān) 重大問題研究j.能源技術(shù)經(jīng)濟，2010 (1)2 朱凌志，陳寧，韓華玲.風(fēng)電消納關(guān)鍵問題及應(yīng)對措 施分析j.電力系統(tǒng)自動化