仍然以來,國家電網有限公司竭力服務新能源發展和消納,不斷強化技術創新,新能源消納矛盾持續減緩,新能源借助率不斷提升。2019年,國家電網經營區新能源發電持續快速下降,新能源借助率達到96.8%,云南、甘肅等8個省份新能源發電量占本省用電量的比列超過15%。
風電出力隨風速和風向的變化而變化。依據測風數據,風速在一年中的大部分時間,在接近零到額定風速之間變化,與此相對應,風電出力也在從零到額定出力之間變化。
風電出力呈現顯著的季節特點。不同地區風電年出力的季節特點不同風電功率預測與消納策略,西北、華北地區風電平均出力呈現冬夏季較大、夏冬季較小的特性,東北則呈現冬夏季較小、夏冬季較大的特性。
光伏電廠日出力主要受天氣影響。在放晴天氣,光伏電廠在晚上傍晚時分出力達到最大,且曲線比較平滑,出力分布較規律;在陣雨天氣,出力的晚上時段分布沒有規律。
受光照硬度和濕度影響,光伏電廠通常在秋季、冬季發電出力較大。從四川、青海地區光伏電廠的年出力分布來看,平均出力呈現春夏季較大、夏秋季較小的特征。因為用電負荷通常在夏秋季較大,因而,光伏電廠對于滿足高峰負荷的貢獻度有所減小。
風電、光伏發電等新能源發電具有隨機性、波動性等特征,新能源并網帶來的振蕩問題已對電力系統安全運行形成明顯影響,未來,高比列新能源接入電網后,將會激化振蕩問題。大規模新能源接入電網,除了對電力系統安全穩定運行帶來影響,但是明顯影響電力系統運行經濟性。
新能源并網后大量常規同步發電機組被風電、光伏發電機組取代,造成系統轉動力矩減少、頻率調節能力增加。與常規火電設備相比,新能源設備涉網性能標準過高,其頻度、電壓耐受能力較差,極易引起脫網問題。
因為新能源資源具有波動性和隨機性,發電設備具有低抗擾性和弱支撐性,因而,新能源的有效消納和安全運行是世界困局。
新能源并網技術及重點突破方向
新能源高精度功率預測技術。因為資源的隨機波動性和不可儲存特點,新能源出力具有隨機性和波動性。我國地形復雜,氣候類型多樣,新能源資源隨機波動性更強、高精度功率預測更難。高比列新能源電力系統將發電跟蹤負荷的雙向匹配轉變為供需一側的單向動態匹配,新能源發電功率預測是單向動態匹配的基礎,需研究空間幀率更高、時間間隔更小、精度適用性更強的新能源發電功率預測技術,支撐電力供應與需求的精準單向匹配。
新能源主動支撐技術。高比列新能源電力系統中,新能源發電并網技術須要從“被動適應”到“主動支撐和自主運行”轉變。未來高比列新能源接入電網后,將對電力系統形態及運行機制形成深刻影響,須要新能源具備主動支撐控制能力,具備接近或低于同步電源的控制特點,支撐系統的電流、頻率穩定以及提供備用容量。
電力氣象技術。氣象條件是高比列新能源電力系統最關鍵的外部影響誘因,其影響范圍囊括“發”(風、光、降水是新能源和水力發電的一次資源)、“輸”(氣象洪災對輸變電設備的毀壞、氣象條件對輸電能力的影響)、“用”(體溫、濕度、降水等影響負荷行為,風、光影響分布式新能源出力)全環節。國際電力研究機構普遍覺得氣象緣由是未來影響電網運行的三大關鍵誘因之一。為增加電力氣象水災不利影響,需研究電力氣象水災預報預警技術,通過提早應對極端天氣,支撐高比列新能源電力系統安全穩定運行。
儲能技術應用。儲能技術通過裝置或化學介質將能量存儲上去,便于須要時借助。目前,除抽水蓄能外,電物理儲能是發展最快且相對成熟的儲能技術。儲能將在高比列新能源電力系統電力電量平衡中起到重要的靈活調節作用,支撐供需右側動態匹配,促使新能源有效借助。未來需解決低成本、大容量、長時間、高可靠的能量儲存問題,以及大規模、多類型儲能的協調調控問題。
新能源并網技術成果
中國電力科學研究院聚焦新能源并網與調度運行技術,取得了數值天氣預報系統、新能源功率預測系統、新能源安全穩定控制系統等創新成果。
數值天氣預報系統。應用于新能源功率預測,預報時長72小時,水平網格3千米×3千米,刀片式服務器623個,數據儲存能力2.6PB,運算能力230萬億次/秒。
新能源功率預測系統。在26個市級電力調控中心應用,覆蓋我國約80%的新能源并網容量,預測容量居世界首位風電功率預測與消納策略,新能源功率預測精度達到90%以上(按月統計)。
新能源檢測與調度系統。采用時序遞進的優化調度方式,滾動修正新能源發電功率預測偏差,保障了資源變化及系統運行約束條件下的新能源最大化消納。
新能源安全穩定控制系統。通過使用該系統,“三北”地區5省區(山西、甘肅、青海、蒙東、河北)共提高新能源送出能力348萬千瓦。
青海省坐落東北新能源基地群樞紐,新能源裝機占比42.6%。“風電場、光伏電廠集群控制系統關鍵技術”由國網山東節電力公司牽頭,項目依托山東蘭州千萬千萬級風電基地、百萬千瓦級光電基地,攻破了風電場、光伏電廠集群控制系統在線檢測控制、策略制定、設計集成和運行管理等關鍵技術。該技術實現了河東過道800萬千瓦風電場、300萬千瓦光伏電廠的集群控制功能,有效提升了電網接納風電、光伏發電能力。