【視點】以智慧新能源理念破解“棄風棄光”

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發表時間:2017-01-12 13:28

2017-01-12 00:50 來源: 中國能源報

導讀: 由于電網調峰能力不滿足新能源持續迅猛發展的需要,消納空間嚴重受限,棄風棄光率逐年上升,新能源發展似乎已進入瓶頸期。


      OFweek太陽能光伏網訊:近十年來,隨著新能源裝機的快速增長及電網建設的不斷加強,新能源上網電量逐年增加,為我國節能減排做出了突出貢獻。新能源并網運行技術取得了明顯進步,安全運行水平大幅提高,為風電成為非水的第二主力電源提供了強有力的技術保障。但是,由于電網調峰能力不滿足新能源持續迅猛發展的需要,消納空間嚴重受限,棄風棄光率逐年上升,新能源發展似乎已進入瓶頸期。

  去年11月7日國家能源局發布了《電力發展“十三五”規劃》,規劃強調到2020年我國非化石能源消費占一次能源比重達到15%,風電裝機達到2.1億千瓦,太陽能發電1.1億千瓦,新能源開發按照集中與分散并舉、就近消納為主的原則,同時依托電力輸送大通道,“三北”地區可再生能源跨區消納4000萬千瓦。今年1月5日《能源發展“十三五”規劃》正式發布,“十三五”期間要集中力量在可再生能源開發利用特別是新能源并網技術和儲能、微電網技術上取得突破,全面建設“互聯網+智慧能源”,提升電網調節能力,增加新能源消納能力。

根據《規劃》的意見,需要破除新能源發展瓶頸、開拓更廣的發展空間,因而智慧新能源的理念應運而生——利用電網運行控制技術的進步、交直流混聯大電網優勢、互聯網大數據的挖掘,智慧新能源應具備獲得全景信息、智能控制及運維、自主交易及決策、多維開放的數據分析、評估及預測的能力,建設“全景、廣域、開放”式的智慧新能源,應成為下一步新能源發展的技術路線。

一、“全景”式運行的新能源理念

全景”式運行新能源應包含全范圍的消納市場、集群控制、功率預測和安全運行。

      1.全范圍新能源消納市場:雖然部分新能源大省的裝機比例已經達到30%甚至突破50%,年上網電量比例也已經超過10%,但全國電網非水新能源電量比例也只有不到4%,更大范圍的市場消納存在增加空間。通過近十年的電網建設,目前我國電網已經成為世界上運行電壓等級最高、控制最復雜、輸送潮流最大的電網,新能源輸送消納市場已經明顯擴大。為了進一步增加接納能力,需要結合已經建成及正在規劃建設中的特高壓交直流通道,充分發揮大電網優化配置資源的能力,挖掘交流電網強大的安全支撐能力及直流的潮流調整能力。擴大電網柔性化建設改造范圍,利用柔性交流、柔性直流等技術手段,提高電網運行靈活性、減少電網安全約束,開展全國范圍內風、光、水電的聯合互濟,壓縮火電開機,進一步增加新能源的跨區輸送。

      2.全過程新能源集群運行控制:已經基本普及的AGC、AVC在新能源并網中發揮了重要作用,需要實現全覆蓋。在各省、風區及風光場實施分級集群控制,在處于電網薄弱環節的風光場建設電池、飛輪、蓄熱等形式的儲能系統,運用儲能技術、熱電冷三聯供技術、能量路由器技術推廣分布式電源,同時將相關場群關聯成為“虛擬電場”,在電網統一調度下實現有功功率的全范圍優化協調控制及無功功率的分區平衡。

      3.全景式新能源功率預測:根據我國氣候特點,實施“全景”式集合功率預測。建立“三北”地區的風電及光伏功率預測中心、東部的海上風電功率預測中心、中南部的水電預測中心,根據各地區預測開展全范圍能源互濟。學習美國及歐洲的先進經驗,開展包含誤差概率的集合預報,在誤差概率小的預報時段將新能源預報納入電網實時平衡,以充分挖掘電網調峰潛力。

      4.全過程新能源安全保障:開展新能源運行的動態安全評估。通過對大量電網運行數據的分析,利用并行計算能力,實現大容量新能源運行情況下,電網安全性的實時評估。評估結果用于電網調度接納新能源的實時評估輔助決策。

  全面落實風電高、低電壓穿越治理,統一制定風光電場內相關設備的運行電壓標準,避免大面積脫網及無序脫網事故發生。同時控制大面積脫網后的自并列行為,減少事故情況下對電網的二次沖擊。在建設運行好風光場SVC、SVG等動態無功設備的同時,在部分重要的電網匯集站增加動態無功設備,以解決新能源極大功率時的電壓問題。

二、“廣域”式感知的新能源理念

“廣域”式感知的新能源應該是互聯網+電力系統的模式,利用大數據挖掘手段,把新能源的消納從發電、電網擴展到規劃設計、預測、運維、綠電證書交易、新能源使用等環節。

      1. 新能源發展的規劃、統計。分析新能源運行的歷史數據,包括不同年份和季節的風資源、光輻照度情況,電網運行及約束情況,棄風棄光統計、功率預測的電量誤差率,用于向政府、行業內發布相關信息,指導新能源發展規劃。

      2. 風光場站運行維護、優化檢修應用。挖掘歷史數據,包括風光設備及場站運行可用率、設備故障率及故障類型等;分析預測數據,包括功率預測及交易信息,由運行業主與維護方在數據交易平臺上進行直接數據交易,確定維護價格及優化檢修安排。

  通過風光場數據的傳輸共享,在強大的后臺分析決策系統支持下,達到風機的最優轉矩控制和葉尖速比。實時分析不同風向對發電功率的影響,優化開機,實現全場功率最大化,以及根據風向變化提前調整偏航,做到新能源運行狀態的自適應主動調整,以減少機械載荷、提高抗疲勞強度、提升發電量。

  正是基于以上理念,MECAL公司的風電場智能運維服務,通過SCADA系統、設備監測傳感器及運維日志等數據監控風場運行性能,分析評估設備運行趨勢、跟蹤發電量,形成日、周、月、年度評估報告,結合豐富的專家經驗和成熟的工具,提出檢修維護建議及維護成本預測,實現了檢修的優化和可預測化。

      3. 新能源參與電力市場化交易的預測及發布。根據電網運行相關數據信息,由電網調度預測新能源可參與電力市場化交易的容量、電量、交易時段及電價、棄風棄光率,并通過互聯網向電力交易各方發布。發電方及電力用戶根據發布的信息調整生產計劃來增加消納新能源,實現新能源消納的自主決策。

      4. 新能源發電功率預測。分析不同的季節、氣候過程、局部氣溫、空氣密度、風向、局部地理特征、場站內單機之間尾流相互干涉與發電功率之間的深層次關聯,挖掘歷史數據,計算形成風電預測的準確率評價體系,包括極值預測、爬坡預測、正負偏差預測的準確率,用于修正預測結果、提高精度,并通過互聯網公開發布。

三、“開放”式挖掘的新能源理念

  目前一些大型風電企業已經建立了數據中心及分析平臺,但數據來源有限、各自隔離,無法建立數據的資產管理理念及充分發揮全數據優勢,最先進的IT技術難以引入。開放式新能源應利用云計算、大數據、移動互聯及智能應用技術,在政府支持下建設獨立運營的新能源數據服務云平臺,有條件地開放新能源運行及維護、電網運行及約束、氣象資源、預測、生產銷售等數據,把數據作為資產進行管理,厘清數據資產的所有權、使用權、維護職責、價值評估和交易流程、安全保障,并從使用范圍及挖掘方式兩方面有條件開放。

      1.開放范圍應包含政府主管部門及氣象部門、規劃設計方、投資方、電力運營維護方、設備制造方、行業協會、電力交易機構、電力用戶等。通過數據開放,為投資決策提供參考、優化風電選址及檢修、深化運行分析。搭建開放的新能源電力交易平臺,在平臺上進行綠證交易、電力現貨交易,實現可交易的新能源電力及電量預測、交易意愿申報、交易實施及評估、監管,從而實現新能源生產和交易的去中心化、分散化。

      2.開放挖掘方式及結果。制定開放式的數據服務云平臺架構技術標準,按照授權開放架構。云平臺發布新能源運行相關基礎信息,研制數據挖掘工具,按合同約定獲取及傳輸相關數據流。獲得授權者可自主添加應用模塊、自行研發挖掘工具,有條件開放挖掘結果,形成新能源大數據的獲得、挖掘、傳輸、交易、發布全流程。