关于地区电网新能源发电项目消纳能力的分析
时间：2022-09-08 22:50:04 来源：千叶帆 本文已影响人
摘要：最近几年，由于煤炭资源的大量减少，全国各地开始建立了一批以风力和太阳能等新能源为基础和核心的发电基地，但是在使用和发展过程中出现了不小的问题。本文据此对影响地区电网新能源发电项目消纳能力的因素进行了分析，然后探究了具体的评估方法，希望能够为电网的规划提供一定的参考。
关键词：风力；电网；消纳能力
1.影响地区电网新能源发电项目消纳能力的因素
1.1电网结构
显而易见，不同的电网结构具备不同的输电能力，以变电站为例，新能源的接入需要保证电网调度的灵活性，所以最大的消纳能力会受到线路容量的影响，同时满足“N-1”的条件，典型的公式如下：
Smax=Pk9+PE
其中，Smax代表新能源最大的消纳容量，而Pk代表最小网供负荷，PE代表“N-1”条件下线路的容量。
这里还需要注意一下电力线路走廊建设方面的问题，因为建设用地不断缩小，发电基地的建设与城市的规划存在一定的冲突和矛盾，输电线路会牵涉到公众的利益，如果协调不及时或者是处理不当，都会对发电项目的建设产生不好的影响，进而制约发电项目的消纳能力。
1.2电能质量
近年来，新能源在一定范围内得到了推广，但是也产生了一些电能质量方面的问题，比如电力谐波、电压闪变以及三相不平衡等，加上电压偏差问题比较严重，所以在一定程度上制约了电网新能源发电项目的消纳能力。与此同时，电网短路电流的来源分为大电网和新能源电网两类，为了提高电网运行的稳定性和安全性，需要保证短路电流不超过线路允许的最大短路电流。
1.3调峰能力
调峰能力对于新能源发电项目消纳能力的影响主要包括：第一，在某些情况下，区域电网需要独立运行，为了保证电网输电频率的稳定，需要电网具有足够的调峰能力，从而进行迅速调节。第二，无论是受端电网还是送端电网，当负荷急剧变化时，就需要系统具有足够的调峰能力，从而增加或者减少有功出力，避免发生危险事故。
2.评估地区电网新能源发电项目消纳能力的方法
2.1调峰角度
2.1.1容量公式
调峰指的是，电力企业在满足电力系统负荷需求后，根据负荷的变化，及时调整，从而保证电能的生产、输送和使用同时完成的活动。主要方式是，通过具有调节能力的发电机组，按照一定的速度，对发电机端的负荷进行调整。对于地区电网而言，在负荷高峰时可调机组的出力计算公式为：
负荷高峰时大网机组的区域出力=地区最大负荷×（1+负荷备用系数）-地区自备电厂出力-0.7×地区供热机组出力
整个过程中，自备电厂和供热机组不参与调峰，由此可得：
地区电网的调峰能力=负荷高峰时大网机组的区域出力×综合调峰系数
其中，综合调峰系数由机组类型决定，而且电源结构以煤电为主、水电次之，新能源消纳能力在计算中统一取70%。
2.1.2双峰特性
以风电为例，由于风速随时都在发生变化，导致系统在低谷负荷时功率较大，而在高峰负荷时功率较小，比如夜间电网系统处于负荷低谷，风电满发，当负荷由低谷变为高峰时，风电停发[1]。再以光伏发电为例，与太阳的光照时间和光照强度成绝对的正比例关系，从上午7点到下午2点，太阳能辐射强度基本处于上升趋势，从下午2点到傍晚6点，太阳能辐射强度逐渐下降，也就是说，中午时间光伏电站出力较大。
2.1.3计算方法
受到电网功率平衡关系的影响，在低谷负荷状态下，发电机组出力与机组最小技术出力之差就是消纳新能源的调峰容量，也就是说，电网调峰盈余决定了新能源消纳能力的大小，具体公式为：
机组出力-最小技术出力=系统最大负荷×负荷备用系数×调峰能力-（系统最大负荷-系统低谷负荷）×负荷备用系数=电网调峰能力-电网调峰需求
对于风电消纳能力的计算，需要考虑风电出力的同时率，这就要保证风电场运行数据充足，一般情况下，同时率取值在0.8～0.9之间。这种前提下，风电消纳能力可以用调峰容量盈余与同时率的比值表示，风电出力与负荷的曲线如图1所示。
光伏消纳能力的计算需要同时考虑风电同时率和光伏同时率，所以：
调峰容量盈余=光伏消纳能力×光伏同时率+风电消纳能力×风电负载率×风电同时率
经过化简，可以得到：
光伏消纳能力=（调峰容量盈余-风电消纳能力×风电负载率×风电同时率）/光伏同时率
与风电同时率类似，光伏同时率的取值在0.8～0.9之间。
2.2容量角度
正常情况下，如果当地不能完全消纳新能源产生的电力，就需要将电力输送到主网，那么新能源消纳能力就受到两方面因素的限制[2]。
第一方面，主网的线路容量。不能忽视的是，新能源在上送电力的過程中，很可能导致线路负荷过大，尤其是单个110kV的变电站，当出现功率外送的情况，需要借助220kV变电站，即使是400kV的变电站，也需要满足220kV出线“N-1”校验，相应的公式如下：
新能源最大出力=电网最小负荷+线路“N-1”容量-常规机组出力
第二方面，主网的变电容量。新能源的接入不能改变原有电网的性质，也不能对电网运行方式产生阻碍作用，需要确保电网平稳运行，也就是要满足“N-1”的条件，即：
新能源出力+常规机组出力-电网最小负荷≤“N-1”容量由此可见，当新能源出力大于本地消纳时，能够输送的电力大小受主变“N-1”容量的限制，那么在对风电和光伏消纳能力进行计算时，就需要考虑不同容量约束下出力值的大小，之后取最小的出力值，然后除以相应的同时率。从某种角度讲，新能源发电项目的合理开发和利用，能够节约资源，避免浪费，并且缓解供电压力，容量盈余情况对风电出力的影响如图2所示。
结论：
综上所述，虽然新能源发电项目优势明显，但是在具体运行过程中，具有较大的随机性和间歇性，导致整个发电过程有一定的起伏，容易出现发电过剩和发电不足的情况，所以需要认真做好新能源发电项目消纳能力的分析和评估工作，从而找到优化方法，保证供电的稳定性和连续性。
参考文献
[1]葛江瑜. 河西新能源基地电力消纳相关问题研究[D].兰州理工大学，2018.
[2]陈轶玮，高强，陈翔.玉环电网风力发电项目消纳能力[J].农村电气化，2018（01）：10-14.
作者简介：陆俊（1991.03——），男，汉，湖南衡阳，电气工程师，助理工程师，本科，研究方向：电力（新能源）。
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