黃岡大別山發(fā)電有限責任公司 張 雷
現(xiàn)如今,全球范圍內(nèi)的能源消耗都呈現(xiàn)出劇集增長的趨勢,特別是化石燃料的持續(xù)消耗,給生態(tài)環(huán)境也帶來了較大的影響,導致我國的生態(tài)環(huán)境也日益惡化,影響了人類社會的持續(xù)發(fā)展,給人類社會的持續(xù)發(fā)展也帶來了較大的影響。隨著可再生資源的不斷發(fā)展,可再生資源也逐漸在發(fā)電領域得到了廣泛的應用,特別是風光儲聯(lián)合發(fā)電運行技術更是得到了迅速的發(fā)展,但不否認的是,風光儲聯(lián)合發(fā)電運行技術在發(fā)展中仍有局限性存在,對此仍舊需要加強風光儲聯(lián)合發(fā)電運行技術的研究和完善。
風光儲聯(lián)合發(fā)電是一種現(xiàn)代化的發(fā)電技術,在運用該技術的過程中,能夠充分地發(fā)揮出風力發(fā)電以及光伏發(fā)電的各自優(yōu)勢,不僅可以提高聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)有功功率總輸出的穩(wěn)定性,而且還能保證電能的質(zhì)量,并減少對電網(wǎng)的不良影響。
無論是風能還是光能,二者都具有明顯的間歇性以及隨機性特點,對此若單純使用風能或者光能進行發(fā)電,就無法保證電能的穩(wěn)定性。但從另一種角度來看,風力發(fā)電以及光伏發(fā)電還具有天然的互補性特征,比如說夏季光伏發(fā)電量較大,而風力發(fā)電量則相對較小,反之到了冬季,光伏發(fā)電量就會少于光伏發(fā)電量,在風能發(fā)電以及光能發(fā)電互補的基礎上,同時運用儲能系統(tǒng),并建立完善的風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),就可以在一定程度上改善風能發(fā)電以及光伏發(fā)電在單獨發(fā)電上的問題,可以有效的緩解隨機性對電網(wǎng)的影響。風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),可以對自然能量進行存儲,同時在適當?shù)臅r機進行釋放,讓不穩(wěn)定的自然能量轉(zhuǎn)化成為對人類社會發(fā)展有益的能量,最重要的是還能提高電網(wǎng)對可再生能源的吸納能力[1]。
風光儲聯(lián)合發(fā)電,在原有電力生產(chǎn)模式的基礎上,新增了存儲電能的環(huán)節(jié),能夠不可控發(fā)電實現(xiàn)可控,同時還能保證功率輸出的平滑性,最重要的是也大大強化了電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、安全性和靈活性,電網(wǎng)對于可再生能源的接納能力也達到了顯著的改善和提升。
儲能是指在電力充沛的狀態(tài)下,在相關媒介中存儲多余的電力,然后在風機停運、夜晚等情況下,將存儲的電能進行釋放,以便更好的滿足發(fā)電廠的發(fā)展需要。風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)在運行中,當風、光發(fā)電出力總和大且系統(tǒng)負荷相對較小的情況時,儲能裝置就會自行進行充電;當風力發(fā)電以及光伏發(fā)電總輸出功率小且系統(tǒng)負荷較大的情況時,儲能裝置就是釋放電能,從而起到平滑輸出功率的目的,借此來全面提升電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。
總的來說,風光儲聯(lián)合發(fā)電技術在運行中,主要包括風光儲電站功率聯(lián)合預測、安排發(fā)電計劃以及控制實時發(fā)電等環(huán)節(jié),其中風光功率預測是該發(fā)電技術應用的前提,而核心則是儲能功率控制,這樣才能實現(xiàn)功率平穩(wěn)輸出。
風光儲是指在全面分析風光以及儲能配比的基礎上,對其進行合理配置,通過聯(lián)合出力來彌補單獨發(fā)電的不足,以確保風光儲聯(lián)合發(fā)電可以發(fā)揮出與常規(guī)電源類似的效果?!拜敗钡暮x主要可以從以下兩個角度進行分析:一是利用先進交直流輸電系統(tǒng),高效的送出清潔能源;二是發(fā)揮出電網(wǎng)的調(diào)度作用,對風光儲聯(lián)合發(fā)電的運行特性進行深入分析和探索,同時加強常規(guī)電源及負荷特性見的聯(lián)系,以實現(xiàn)風光儲聯(lián)合發(fā)電所在區(qū)域電網(wǎng)的有效調(diào)度,實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。
對風光儲聯(lián)合發(fā)電運行技術來說,風光功率預測技術對于制定發(fā)電計劃以及調(diào)度方式有重要意義,是發(fā)電計劃以及調(diào)度方式制定的基礎前提。在功率預測系統(tǒng)的支持下,可全面加強某一時間段內(nèi)相應發(fā)電歷史信息的分析和總結,進而能夠得到更加精準的風光發(fā)電功率。
眾所周知,為實現(xiàn)風電、光伏與儲能的聯(lián)合運行,離不開并網(wǎng)逆變器的支持,只有在并網(wǎng)逆變器的支持下,才能使其與電網(wǎng)進行有效的連接。而風光儲聯(lián)合發(fā)電技術主要使用的并網(wǎng)逆變器可以分為三種,分別是交直交變換器、儲能DC/AC雙向逆變器以及DC/AC逆變器。逆變器控制可以有效加強發(fā)電功率因數(shù)、有功功率、電能質(zhì)量等指標的控制,倘若這些工作沒有做好,很容易誘發(fā)功率控制無效或者電能質(zhì)量不合格等問題,嚴重時更容易產(chǎn)生安全事故,造成較大的損傷。
自然氣象因素對風力發(fā)電以及光伏發(fā)電有直接影響,同時風力發(fā)電以及光伏發(fā)電也同樣具有輸出功率不可控的特性,而風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)度主要就是負責加強儲能裝置的控制,借助儲能裝置存放風電以及光電,來實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的調(diào)控。而儲能裝置的工作方式主要可以分為以下幾類。
3.3.1 平滑功率輸出模式
平滑功率輸出模式在運行期間,儲能裝置在充、放電時,必須保證落實總輸出功率平滑的基本原則,同時避免功率有大幅度波動的情況。所以,需對出力曲線、儲能機組容量進行預測,對充放電區(qū)間以及波動范圍進行合理選擇,并控制功率波動,減少電池充電的次數(shù),借此減少對電池壽命帶來的影響。當風光總發(fā)電功率明顯增加,并已經(jīng)超過標準范圍,儲能機組就會進行充電;反之儲能機組就會放電,這時輸出功率就會增加,進而保證功率輸出曲線的平滑[2]。
3.3.2 跟蹤計劃出力模式
運用跟蹤計劃出力模式時,自動發(fā)電控制系統(tǒng)可以預先對發(fā)電出力跟蹤的計劃出力曲線進行預設,還能加強合理控制。這種計劃出力模式在風光預測系統(tǒng)的支持下,可以對出力曲線進行預測,此外也可以結合負荷預測,以得到風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤發(fā)電曲線。
3.3.3 負荷削峰填谷模式
在負荷削峰填谷模式的支持下,儲能機組可以結合系統(tǒng)負荷的動態(tài)變化情況,來對充放電方式進行合理變更。當系統(tǒng)負荷出現(xiàn)低估狀態(tài)時,儲能機組就會進行充電,若處于負荷高峰,儲能機組就會進行放電,進而削減負荷高峰,借此來緩解和降低系統(tǒng)的供電壓力。
3.3.4 系統(tǒng)調(diào)頻模式
在應用系統(tǒng)調(diào)頻模式的過程中,需要做好系統(tǒng)調(diào)頻工作,這時儲能裝置的容量也會增加,除了抽水蓄能外,其他的蓄能目前還無法滿足實際的需要,所以該模式更加依賴于大規(guī)模儲能技術。
抽水蓄能是現(xiàn)代電網(wǎng)中常用的儲能技術,具有應用成本低的優(yōu)勢。但在建設抽水蓄能發(fā)電站時,容易受到自然因素的干預,導致部分區(qū)域難以進行有效的建設。為了突破這一問題,越來越多的儲能技術快速發(fā)展,如化學儲能、飛輪儲能等(如圖1所示),相對來說化學儲能在技術方面更加的成熟,基本實現(xiàn)了規(guī)?;a(chǎn),在一定程度上滿足了發(fā)電站大規(guī)模充放電的需求。而風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)在運行中,儲能裝置的容量以及響應速度十分重要,其中儲能裝備必須具有平滑出力的性能,所以必須合理的加強儲能裝置容量以及功率的選擇。
圖1 飛輪儲能技術
風能以及光能是我國最重要的可再生資源,在借助風能或者光能進行發(fā)電時,難免會對電能質(zhì)量以及系統(tǒng)電壓產(chǎn)生不同程度的影響,為了將影響降到最低,就需要加強無功電壓的控制。一般來說,若出現(xiàn)系統(tǒng)故障或電壓閃邊的情況,風力發(fā)電機的端電壓也會受到影響,甚至電壓會明顯高于正常電壓,在這樣的情況下,就容易引起風力發(fā)電機脫網(wǎng)情況的出現(xiàn)。目前,固定電容器以及SVC是比較常見的無功調(diào)節(jié)裝置,但是由于這類無功調(diào)節(jié)裝置的相應速度較慢,當其出現(xiàn)響應時,這時風電機組已經(jīng)出現(xiàn)了脫網(wǎng)的情況。一旦出現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電機組脫網(wǎng)的情況,電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行也必然會受到影響。
SVC的誕生和應用,在一定程度上解決了上述的問題,不僅響應速度更快,而且其在風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中的運用,還能加強無功電壓的有效控制。風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)有很多逆變器、換流器,而這些設備就自帶無功調(diào)節(jié)功能,對此在制定無功調(diào)節(jié)方案上,需要綜合的分析和考慮逆變器與SVC之間的協(xié)調(diào)[3]。將SVC以及逆變器分別設置為無功功率控制裝置以及基礎無功控制設備,這樣一來一旦出現(xiàn)故障問題,SVC就能第一時間發(fā)揮作用,若判斷屬于無功補償模式,光伏逆變器、風機變換器以及儲能雙向逆變器就會發(fā)揮無功并裝置SVC。
無論是風能還是光伏發(fā)電,都存在一定的間歇性和波動性特征,二者在獨立工作時,是無法保證電能輸出穩(wěn)定性的,所以為解決這一問題,國內(nèi)的多數(shù)電網(wǎng)公司紛紛投身到風光儲聯(lián)合發(fā)電工程應用的研究之中,經(jīng)過多年的研究和努力,成功建設第一個國家級風光儲示范功能。該工程的建設,在先進技術手段的支持下,讓風電、光伏發(fā)電以及儲能裝置與電網(wǎng)的互動和智能化調(diào)度成為現(xiàn)實,打破了可再生資源并網(wǎng)發(fā)電的技術桎梏,同時也大大提高了電網(wǎng)對可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的接納能力和水平。
現(xiàn)如今,加強可再生能源的大規(guī)模開發(fā),利用可再生能源逐漸代替不可再生能源已經(jīng)成為必然趨勢。目前,成熟的可再生能源利用方式就是風電技術,隨著國家支持力度的增加,風電技術也得到了迅速的發(fā)展。同時,光伏發(fā)電技術的發(fā)展速度也明顯加快,由此可見以風電和光伏為代表的新能源技術已經(jīng)越來越重要,不僅可以緩解能源方面的需要,同時還能優(yōu)化能源結構,減少對生態(tài)環(huán)境的污染,對于促進社會的進步與發(fā)展等方面也發(fā)揮著關鍵性的作用。在這樣的大形勢下,如何有效改善和提升電網(wǎng)對風光發(fā)電的接納能力,已成為重點需要突破和解決問題。風光儲聯(lián)合發(fā)電運行技術的應用,能夠讓風電、光伏以及儲能裝置實現(xiàn)多種組態(tài)的運行,還能發(fā)揮出其與智能電網(wǎng)的相互作用,讓風電以及光伏等新能源的性能逐漸的接近常規(guī)電源,進而打破了大規(guī)模新能源并網(wǎng)運行上的基礎瓶頸,為新能源與電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展提供了重要的支持,也在較大程度上了推動了電網(wǎng)對新能源接納和調(diào)度控制的智能化水平。
整體來看,我國風光儲聯(lián)合發(fā)電技術仍舊處于起步階段,但是在技術方面并未發(fā)展成熟,有關的配制政策和制度也不夠完善,但是不難發(fā)現(xiàn),鑒于我國太陽能以及風能資源十分的富足,為了有效的開發(fā)和利用新能源,緩解不可再生能源的利用壓力,風光儲聯(lián)合發(fā)電技術必然會有更大的發(fā)展空間,而且未來風光儲聯(lián)合發(fā)電技術也必然會更加的成熟和完善,同時必然會實現(xiàn)大規(guī)模的應用和普及,并成為最重要的新能源開發(fā)利用形式。
綜上所述,隨著能源危機以及全球變暖情況的加劇,使得新能源發(fā)電已經(jīng)成為各國發(fā)展的必然趨勢,而我國在風能以及光能資源十分豐富,在國家和政府的支持下,風光儲聯(lián)合發(fā)電技術也得到了迅速的發(fā)展。但是風能發(fā)電以及光能發(fā)電具有明顯的間歇性以及隨機性特征,難以保證功率輸出的穩(wěn)定性,而這就會嚴重影響可再生資源有效的并入到電網(wǎng),還會給電網(wǎng)安全帶來威脅。對此為了突破這一問題,就需要加強風光儲聯(lián)合發(fā)電技術的研究與探索,將風力發(fā)電、光伏發(fā)電以及儲能裝置進行聯(lián)合運用,構建風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),以便加強有效控制新能源發(fā)電的平穩(wěn)控制,為新能源發(fā)電的發(fā)展開辟新的道路。