看異域之風如何并網

發布日期:2013-10-31    【字號:  

    

       2005年以來,特別是《可再生能源法》實施以來,我國風電裝機連續五年翻番。截至2010年,我國風電裝機達到裝機容量4473.329萬千瓦,裝機容量超越美國居世界第一位。隨著風電的迅猛發展,風電并網問題日益突出,風電與電  網如何協調發展受到廣泛關注。



  歐洲是世界風電發展最成功的地區,風電發展成就世人共睹。從風電裝機占全部發電裝機的比重來看,排在前三位的依次為丹麥、西班牙和德國,分別為26.2%、20%和18%;從風電發電量占本國電力消費量的比重來看,排前三位的仍然為丹麥、西班牙和德國。


  歐洲電網由歐洲大陸電網、北歐電網、英國電網、愛爾蘭電網四個同步電網組成。歐洲大陸電網也是目前世界最大的同步電網之一。為了實現歐盟2020年可再生能源利用規模達到20%的目標,提高可再生能源發電并網和有效利用的規模,歐盟加強了跨國互聯電網的規劃管理和建設,并在2009年批準的《關于進一步加強統一電力市場建設的第三議法》中明確提出成立歐洲電網運營商聯盟(簡稱ENTSO-E)。


  2009年7月,ENTSO-E正式運營,現有成員包括來自34個國家的42個電網運營商,轄區發電裝機容量8.28億千瓦,其中風電9.1%,其他可再生能源3.4%,年用電量3.4萬億千瓦時,年交換電量4000億千瓦時,輸電線路總長度達30.5萬公里,為5.25億人提供供電服務。


  分享歐洲風電的并網經驗


  隨著風電規模的擴大,尤其在金融危機后,許多歐洲國家已不再實行風電全額收購制度,有的國家對可再生能源的補貼力度有所減弱,但歐洲風電快速發展的勢頭仍然不減,歐盟更提出了宏大的海上風電發展計劃。歐洲風電的發展已從分散開發走向集中開發,風電入網電壓等級也從低電壓向高電壓發展。歐洲成功實現大規模風電并網和有效利用,固然與歐洲電源結構以油氣為主、常規機組調節性能優良有關,但歐洲跨國互聯電網、風電并網標準、風電并網運行管理和相關政策法規、統一的電力市場及其靈活電價機制在實現風電大規模并網和有效利用中發揮了至關重要的作用。


  通過跨國電力電量交換擴大風電消納范圍


  風電出力的波動性以及電力系統要求功率時時平衡的特點,決定了風電難以獨立向用戶供電,只能依托大電網,根據負荷需求調整其他電源出力,實現風電最大限度利用。由于不同地區負荷特性的差異,最大峰谷差出現的時間不同,通過加強電網互聯,利用錯峰潛力,可提高風電在更大范圍的消納能力。


  歐洲各國充分發揮北歐互聯電網和歐洲大陸電網在風電入網及消納中的作用。歐洲大陸電網的跨國交換電量占總用電量的比重為13%左右,北歐電網跨國交換電量占總用電量的比重達16%左右。丹麥電網分為東部電網和西部電網兩部分,分別屬于北歐電網和歐洲大陸電網。丹麥是一個電源結構以火電和風電為主的國家;挪威則以水電為主,水電發電量比重高達98.6%;瑞典電源結構以水電和核電為主,水電比重也很高。與周邊國家的跨國電力電量交換,是丹麥的風電比例可以高達20%的重要原因。丹麥與瑞典有7條聯絡線,挪威與丹麥西部以3回127公里海底直流電纜聯網,總輸電容量為104萬千瓦。值得注意的是,從凈電量來看,丹麥實際是一個電量輸入國,且交換電量很大而凈電量很小。通過跨國調劑,丹麥置換出風電電量,實現了風電的有效利用。


  加強風電入網管理


  嚴格的并網技術標準是實現風電大規模入網的基礎。德國、西班牙、丹麥等國執行的是具有法律約束力的強制性的并網導則。西班牙要求所有新建風電機組必須具備低電壓穿越和有功、無功控制能力,對早期并網不具備低電壓穿越和有功、無功控制能力的機組進行技術改造,目前95%的機組達到有關技術要求。


  由于歐洲各國風電發展的情況不同,不同國家制定了不同的風電并網標準。但隨著風電的發展,不一致的風電并網標準已給風機制造商和風電開發商帶來了很大麻煩。為此,由ENTSO-E和歐洲風能協會倡導,風機制造商、風電開發商、監管機構等共同組成了歐洲并網導則工作組,正在研究制定統一的歐洲并網標準。


  風電場實時運行狀況是電網進行優化調度的基礎,必須加強風電場的運行監控,像常規發電廠一樣建立風電場監控中心,將數據信息實時傳送至電網調度中心。西班牙建立了23個風電場監控中心,中心將風電場實時數據傳送到調度機構,每20分鐘更新一次,并接受調度指令,調節風電場出力。


  提高電網規劃和調度運行水平


  充分認識大規模風電并網對電網規劃的影響,加強電網規劃,加大電網投入,滿足風電入網需要。大規模風電入網不僅需要加快配電網發展,也必須加快輸電網建設。西班牙61%的風電接入輸電網,39%的風電接入配電網,大規模風電入網對電網規劃產生重大影響。根據規劃,2009至2015年需新建輸電線路1.2656萬公里,其中專用于可再生能源入網的有4465公里。


  加強風電場的運行監控,提高電網調度運行水平。為了在確保系統安全問題運行的前提下,最大限度提高可再生能源入網規模,西班牙率先在電力調度中心內成立了可再生能源控制中心,實現與電力調度中心、可再生能源電場監控中心實時數據通信,接收監控中心實時運行數據并傳送至電力調度中心;通過監控中心對所有風電場的監控,提高系統運行的安全性和效率以及可再生能源的消納能力。


  加強風功率預測及管理


  加強風功率預測也是實現風電有效并網的基礎?,F代電力系統是一個自動化水平很高的系統,風電的波動性對于電力系統安全穩定運行并不十分可怕,可怕的是風電的隨機性和不可預測性。沒有風功率預測,電網就無法進行系統的優化調度,無法實現風電優先調度和最大限度的利用。從歐洲經驗看,各風電大國都十分重視風電功率預測,風電場和電網調度機構都建立了風功率預測系統。風電場主要負責自身的風功率預測,為其在電力市場獲得預期發電計劃以及市場競價服務;調度機構主要負責預測調度范圍內風電總出力,以合理安排系統運行方式,確保系統有足夠的備用容量應對緊急事故,保障電力系統安全穩定運行。在丹麥,只要風電場預測出力與實際出力出現偏差,風電場就將受到降低上網電價的懲罰;西班牙則考慮風功率預測的難度,規定只有當預測與實際出力偏差超過20%時才對風電場進行罰款,且預測與實際出力相差比例越高,罰款倍數越大。


  有趣的負電價交易制度


  歐盟于1996年開始推動建立統一電力市場。統一的電力市場、靈活的風電電價機制,實現了互聯電網調配作用發揮。目前北歐現貨市風電電價結算辦法是:對于已建成、執行固定電價的風電場,采用低于固定電價的市場電價加補貼電價結算;新建風電場采用市場電價加補貼電價結算。值得一提的是,部分國家和地區為應對大規模風電并網對系統功率平衡影響,采取了負電價交易制度。德國日前電力市場早在2003年就采用了負電價交易制度,北歐電力市場于2009年11月30日正式推出了負電價交易制度,規定發電商在負電價時段如果仍然上網發電,需要向電網支付費用,而用戶將獲得用電收益。丹麥西部電網現貨電力市場在2009年12月首次出現了負電價。實施負電價機制主要用于激勵用戶增加在低谷時段的用電量,提高風電電量消納。負電價機制通常在電價低于零之前就能幫助系統實現功率平衡。


  歐洲機制對我國的啟示


  不是技術問題而是經濟問題,轉變風電規劃思路


  不存在風電消納上限,只存在經濟消納規模。在歐洲,研究風電消納能力和風電規劃時,一個普遍的認識是調峰不是技術問題而是經濟問題,一個地區不存在風電最大消納規模,只存在經濟消納規模?;谶@種理念,在研究一個地區的風電發展規劃時,往往先設定不同的風電發展目標,計算不同目標的經濟代價和棄風電量比例,據此選擇最優風電發展目標。我國也應轉變風電入網消納能力的思路,不以調峰能力作為風電消納能力約束,而是研究基于不同棄風比例的風電最大消納能力。


  風電的出力特性決定了風電在電力系統中容量替代能力很小,電量替代潛力很大,需要研究常規電源為消納風電而損失電量的相關補償辦法。風電電量消納實質是用風電電量置換常規機組的發電量,大規模風電入網必將降低常規電源的發電設備利用小時數,尤其導致火電發電設備利用小時數低于該項目核準時的利用小時數。目前丹麥已通過電力市場成功實現對常規煤電機組的補償,我國應結合國情加緊制定配套補償辦法。


  充分認識區域互聯及配套政策對提高風電消納能力的作用


  堅強的北歐跨國電網和歐洲大陸跨國電網對丹麥高風電比例發揮了重要作用。由于不同地區用電負荷特性的差異,加強電網互聯,利用不同地區錯峰效益,能夠提高風電消納能力。由于電力管理體制不同,我國要發揮互聯電網在風電消納中的作用,需要加強配套管理辦法的研究制定。目前我國區域電網的跨省聯絡線管理考核辦法,大多基于網調電源出力分配設計,沒有考慮風電的特性及其消納問題,需要研究制定有利于風電消納的跨省、跨區聯絡線管理考核辦法。


  跨省跨區聯絡線的建設問題。從丹麥可以看出,為了提高風電消納能力而建設的省間網間聯絡線,主要起電量交換作用,凈電量很小,與常規的輸電線路相比,線路的利用小時數不高,目前我國輸配電電價機制不完善,國家規定的接網費用補貼辦法也難以適應網間電量交換的需要,迫切需要建立跨省、跨區聯絡線建設核準辦法及投資回收機制。


  加快研究靈活的電價政策,提高風電入網及消納能力


  歐洲統一的電力市場在促進風電跨區域消納、提高低谷時段風電消納能力方面發揮了重要作用,其核心是靈活的電價。我國短時間內難以建成發達國家那樣成熟的電力市場,但并不意味著我國不能利用電價的杠桿作用,提高風電消納能力。


  2009年8月以后,國家發改委出臺的《關于完善風力發電上網電價政策的通知》確定了分資源區制定陸上風電標桿上網電價的新風電電價機制,四類風能資源區的電價范圍為0.51到0.61元/千瓦時,不僅高于我國平均上網電價(0.368元/千瓦時),有的也高于全國平均銷售電價為(0.534元/千瓦時,且不含政府性基金及附加)。盡管目前我國采取了可再生能源發電費用分攤制度,但由于不同地區上網電價和銷售電價不同,加之風電多具有反調峰特性,現行的風電電價政策不利于低谷風電的消納以及風電的跨區消納。


  提高風電消納能力,電價機制必須有所突破。政府應加快研究風電電價結構,研究設計不同時段不同風電電價,以提高低谷時段風電的競爭力和風電跨省、跨區消納的競爭力。一方面研究風電電價結構,如歐洲風電電價包括固定電價和市場電價兩個部分,固定電價不變而市場電價通過市場競價而變化;另一方面研究常規機組電價補償機制,如丹麥為鼓勵常規煤電機組為風電讓出發電空間,火電機組即使不發電也享受電價補貼。(作者 國網能源研究院 李瓊慧)

                                                                                                          信息來源:《國家電網》雜志
 
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