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抽水蓄能提高风电消纳能力

导读: 抽水蓄能电站是目前最理想的大容量储能方式。利用储能技术平滑风电出力波动,就是在风电和电网之间建立一个“能量缓冲层”,将部分风电存储起来,在电网需要时稳定地为电网供电。与化学储能相比,抽水蓄能电站由于其存储容量大和经济性好的特点,是目前最理想的储能方式。

        随着国家节能减排和可再生能源开发战略的不断推进,我国风电开发规模连续几年实现翻番式增长。截至2011年底,我国风电并网装机容量约6236万千瓦,根据《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》,“十二五”末我国要实现“建设6个陆上和2个沿海及海上大型风电基地,新建装机7000万千瓦以上”的宏伟目标。

  在此形势下,风电—抽蓄联合运行有助于推动风电大规模发展。风电大规模发展,必须要同步增强电网的调峰调频能力。然而,在我国风电相对集中的华北、东北和西北地区,电源以火电为主、水电很少,调峰调频主要依赖于火电机组。火电机组调节代价高,调节性能和灵活性不足;加上北方冬季有较长的供热期,供热机组必须保持正常出力,不能参与调频调峰,也增加了其他火电机组的调节压力;燃气机组调峰在欧美国家有所应用,但我国贫油少气,作为风电的调峰备用代价太高、不太现实。以上多种原因导致电网的调峰调频能力受到了限制,不仅制约了风电的规模化发展,也给电网供电可靠性和电能质量带来巨大的挑战。破解这一难题需要从两方面着手,一是要加快坚强智能电网建设,依托更高电压等级电网,实现电力远距离大规模输送,一方面实现本地风电在大范围电网内的消纳,另一方面利用区外来电增强本地调峰调频能力;二是要利用储能技术,特别是要加快抽水蓄能电站建设,通过大容量抽水蓄能电站与大规模风电场联合运行,平滑风电出力波动,保证电网安全稳定运行。

  抽水蓄能电站是目前最理想的大容量储能方式。利用储能技术平滑风电出力波动,就是在风电和电网之间建立一个“能量缓冲层”,将部分风电存储起来,在电网需要时稳定地为电网供电。与化学储能相比,抽水蓄能电站由于其存储容量大和经济性好的特点,是目前最理想的储能方式。抽水蓄能与风电具有很强的互补性,风电弃风基本发生在夜间负荷低谷期间,而抽水蓄能电站夜间可以抽水用电,将被迫弃掉的风能以水能的形式存储起来,在负荷高峰时段再转换成稳定的电能输送到电网,从能源利用的角度来说实现了“变废为宝”,从电量平衡的角度来说实现了“消峰填谷”。另外,风电场和抽水蓄能电站可以组成联合运行系统,在保障电网安全运行的前提下,实现风电和抽蓄的优化与协调运行,消除风电波动对电网的冲击,提高电网的调峰调频能力。

  2012年,“大规模风电与大容量抽水蓄能在电网中的联合优化运行技术”作为国家“863”计划课题立项。首先,通过基于区域电网负荷峰谷特性和传输能力约束的风电—抽蓄互补特性研究,掌握风电和抽水蓄能的时空匹配特性和不同季节、不同运行方式下的最佳容量配比,用于指导风电场和抽水蓄能电站规划建设。其次,通过研究风电—抽蓄联合运行系统的调度控制策略,合理安排运行方式,科学制定发电计划,实现风电、抽蓄及电网协调优化运行,全面提升电网消纳风电的能力。最后,研究适用各种运行模式的风电—抽蓄联合运行效益的量化分析方法,优化设计风电—抽蓄的联合运行模式,合理协调各参与方的利益,从制度上规范联合运行系统的运作机制和管理流程。

  风电与抽水蓄能联合优化运行技术在我国有着广阔的应用前景。截至2010年底,全国已建抽水蓄能电站21座,装机容量1665万千瓦。2020年,我国规划建设抽水蓄能电站装机容量将达到5000万千瓦,占总装机容量的2.8%。该课题的研究成果,可以为抽水蓄能电站的规划建设提供指导,在规划建设之初就能够兼顾风电发展,在总体布局和微观选址方面与风电发展协调考虑;在运行层面,可以实现抽水蓄能电站与风电场的联合优化运行和统一调度,既能够提高风电消纳能力,也能够提高电网整体的社会和经济效益。

  综上所述,加快抽水蓄能电站建设,实现大规模风电与大容量抽水蓄能联合优化运行是我国发展可再生能源的必然选择。攻克大规模风电场与大型抽水蓄能电站联合运行的容量配合、运营模式、安全运行与经济调度等关键技术难题,合理规划配置抽水蓄能电站,提高系统运行的灵活性和经济性,将为我国可再生能源的科学开发和健康发展开辟新途径,必将对我国能源结构调整和节能减排等产生深远的影响。

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