朱春萍，趙 龍，朱子釗，閆百祥

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

隨著山東省風(fēng)電裝機(jī)容量的快速增長和風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電對電網(wǎng)安全運行的影響日益顯現(xiàn)，對電網(wǎng)調(diào)峰能力提出更高要求。而山東電網(wǎng)是一個以火電為主的系統(tǒng)，電網(wǎng)調(diào)峰能力有限，因此，在電網(wǎng)調(diào)峰能力相對不足時期，受當(dāng)前技術(shù)制約需大規(guī)模調(diào)整風(fēng)電場的運行方式。

1 山東省風(fēng)電發(fā)展和消納現(xiàn)狀

2011年12月15日，國家能源局公布了《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，明確提出重點建設(shè)“三北”（東北、西北和華北）和沿海地區(qū)千萬千瓦級風(fēng)電基地，包括河北、內(nèi)蒙古東部、內(nèi)蒙古西部、甘肅酒泉地區(qū)、新疆哈密地區(qū)、吉林、黑龍江及江蘇和山東沿海等地區(qū)。為響應(yīng)規(guī)劃，山東省提出到2015年山東省風(fēng)電裝機(jī)容量計劃達(dá)到800萬kW的目標(biāo)。風(fēng)電的大規(guī)模接入，將面臨電網(wǎng)接收能力、消納能力等一系列難題。

山東電網(wǎng)基本是一個純火電系統(tǒng)。截至2011年底，全省煤電裝機(jī)仍占到總裝機(jī)容量的92%，且供熱機(jī)組比重較大，具有良好調(diào)峰能力的水電和抽水蓄能裝機(jī)僅占1.6%，電網(wǎng)調(diào)峰能力有限。截至2011年底，山東省并網(wǎng)風(fēng)電容量達(dá)到246.5萬kW，主要分布在沿海的濱州、東營等7個地區(qū)。 山東省風(fēng)電場建成后均能及時并網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電全部優(yōu)先上網(wǎng)并在山東電網(wǎng)內(nèi)消納，未發(fā)生過非正常脫網(wǎng)事故，除春節(jié)期間按照省經(jīng)信委、省電監(jiān)辦要求參與電網(wǎng)調(diào)峰外，未發(fā)生過棄風(fēng)現(xiàn)象。2011年山東省風(fēng)電消納情況詳見表1。

表1 2011年全年山東省風(fēng)電消納情況

春節(jié)期間，要求風(fēng)電參與調(diào)峰，是因為山東省風(fēng)力發(fā)電受氣候影響，呈現(xiàn)明顯的逆調(diào)峰特性［1］。春節(jié)期間，是山東省的大風(fēng)期，而山東電網(wǎng)日最小負(fù)荷相對最小，且因處于供熱期，電網(wǎng)調(diào)峰能力相對不足，電網(wǎng)無法消納所有風(fēng)電，因此，要求風(fēng)電場參與調(diào)峰。受運行經(jīng)驗和技術(shù)的限制，春節(jié)期間要求大規(guī)模調(diào)整風(fēng)電場運行方式。

因此，根據(jù)運行經(jīng)驗，風(fēng)電場大規(guī)模發(fā)展的瓶頸主要是電網(wǎng)調(diào)峰能力不足導(dǎo)致的消納能力問題。

2 山東省風(fēng)電消納能力

按照電力平衡法測算山東電網(wǎng)消納風(fēng)電電力的能力時，根據(jù)各月份最大負(fù)荷、區(qū)外來電和負(fù)荷備用（銀東直流單極停運備用，200萬kW）確定省內(nèi)電源開機(jī)容量，綜合考慮各月最小負(fù)荷、煤電（含供熱機(jī)組）及區(qū)外來電調(diào)峰能力、低谷負(fù)荷備用（5%）等因素，確定山東電網(wǎng)消納風(fēng)電的能力。即山東電網(wǎng)消納風(fēng)電的能力＝開機(jī)機(jī)組最大出力＋區(qū)外來電－調(diào)峰容量－最小負(fù)荷－低谷負(fù)荷備用。

2012—2015年，山東省規(guī)劃的電源投產(chǎn)后，預(yù)計2015年山東省最小調(diào)峰盈余約210萬kW，遠(yuǎn)小于山東省規(guī)劃的風(fēng)電裝機(jī)容量。

因此，不論從目前山東電網(wǎng)的運行情況看，還是規(guī)劃的2015年，限制風(fēng)電場大規(guī)模發(fā)展的主要因素是電網(wǎng)調(diào)峰能力不足。在電網(wǎng)調(diào)峰能力不足階段，電網(wǎng)不具備消納規(guī)劃的所有風(fēng)電的能力。尤其是在冬、春兩季，正逢供熱期，電網(wǎng)調(diào)峰能力相對不足，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將給電網(wǎng)調(diào)峰和安全運行造成一定的影響。

3 山東省風(fēng)電出力分布特性

以2010年各月份的風(fēng)電出力數(shù)據(jù)為例，對其進(jìn)行歸一化處理。

式中：Pi為各時刻風(fēng)電場總出力；PI為各時刻風(fēng)電場并網(wǎng)容量；Pi*為各時刻風(fēng)電場相對出力水平。

將逐時點（每15 min測一次）的風(fēng)電出力數(shù)值除以風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模，得到逐點的風(fēng)電出力水平。將逐點風(fēng)電出力預(yù)測數(shù)據(jù)乘以其時間尺度（15 min）得到電量值，然后將該月逐時點的風(fēng)電電量值相加，得到該月的風(fēng)電電量值。2010年各月風(fēng)電出力見圖1～圖12。

圖1 2010年1月各時刻風(fēng)電場出力

圖2 2010年2月各時刻風(fēng)電場出力

圖3 2010年3月各時刻風(fēng)電場出力

圖4 2010年4月各時刻風(fēng)電場出力

圖5 2010年5月各時刻風(fēng)電場出力

圖6 2010年6月各時刻風(fēng)電場出力

圖7 2010年7月各時刻風(fēng)電場出力

圖8 2010年8月各時刻風(fēng)電場出力

圖9 2010年9月各時刻風(fēng)電場出力

圖10 2010年10月各時刻風(fēng)電場出力

圖11 2010年11月各時刻風(fēng)電場出力

圖12 2010年12月各時刻風(fēng)電場出力

可以看出，山東省風(fēng)速比較大的時間是1—4月及11—12月，即春季和冬季，風(fēng)電場出力最大能達(dá)到風(fēng)電場裝機(jī)容量的80%多。而5—10月風(fēng)電場出力相對較小，大部分時間風(fēng)電場出力在裝機(jī)容量的60%以下。

同時可以看出，大部分時間風(fēng)電場出力均在其裝機(jī)容量的50%以下，即風(fēng)電場出力大于其裝機(jī)容量50%所發(fā)的電量是很小的。

以2010年2月為例，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化出力后，認(rèn)為山東電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電容量為1。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，對2月風(fēng)電場出力高峰值的電量進(jìn)行計算。

式中：Pi*為各時刻風(fēng)電場相對出力；Px為控制風(fēng)電場最大出力。

對式（3）求解得，Px＝0.53。 即考慮放棄風(fēng)電場出力峰值的5%電量，則僅損失出力大于0.53的部分電力。據(jù)此，若允許調(diào)整風(fēng)電場運行方式，適時參與電網(wǎng)調(diào)峰，則能夠提高風(fēng)電場并網(wǎng)容量。以2010年2月為例，若該月山東電網(wǎng)能夠消納風(fēng)電的容量為1，則通過放棄5%風(fēng)電峰值理論出力，可將電網(wǎng)允許的風(fēng)電場并網(wǎng)容量提高至1.89。

4 結(jié)語

隨著山東省風(fēng)電場開發(fā)的不斷深入，風(fēng)電場大規(guī)模開發(fā)的主要瓶頸是電網(wǎng)調(diào)峰能力不足導(dǎo)致的消納能力問題。尤其是在冬、春兩季，正逢供熱期，電網(wǎng)調(diào)峰能力相對不足，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將給電網(wǎng)調(diào)峰和安全運行造成一定的影響。

山東省風(fēng)電場具有春季和冬季出力大的特點，大部分時間風(fēng)電場出力低于風(fēng)電場裝機(jī)容量的50%以下，即風(fēng)電場出力大于其裝機(jī)容量50%所發(fā)的電量較小。以2010年2月為例，風(fēng)電場大于其裝機(jī)容量53%的出力之和為該月風(fēng)電場總發(fā)電量的5%。若該月山東電網(wǎng)能夠消納風(fēng)電的容量為1，則通過調(diào)整風(fēng)電場運行方式，放棄5%風(fēng)電峰值理論出力，可將電網(wǎng)允許的風(fēng)電場并網(wǎng)容量提高至1.89。

因此，在實際運行中，若允許風(fēng)電場參與調(diào)峰，即在電網(wǎng)調(diào)峰能力充足時不干預(yù)風(fēng)電出力，在電網(wǎng)調(diào)峰能力相對不足時合理調(diào)整風(fēng)電場運行方式，可充分挖掘山東電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，提高山東電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電容量。同時，該方法對電網(wǎng)運行部分及各風(fēng)電場的運行、管理提出了更高的要求。

［1］段忠峰，沙志成，董霜.山東地區(qū)風(fēng)電場功率特性及其負(fù)荷相關(guān)性分析［J］.中國勘察設(shè)計，2012（2）：68－72.

［2］汪寧渤，王建東，何世恩.酒泉風(fēng)電跨區(qū)消納模式及其外送方案［J］.電力系統(tǒng)自動化，2011，35（22）：82－89.