西部地区风电产业的困境与出路——关于“弃风限电”的思考

 为应对全球气候变化,中国确立了绿色发展的战略,实施了一系列节能减排的政策和措施,并取得举世瞩目的成效。其中,清洁能源的开发利用是一个重要方面。在2016年签订的《巴黎气候变化协定》上,中国政府再次承诺,到2030年,中国非化石能源占一次能源的比重达到20%左右。开发利用丰富的风能资源是实现这个战略目标的重要组成部分。然而国内刚刚起步的风电产业面临着“弃风限电”的尴尬局面。根据可再生能源中心的统计数据,2015年全国风电累计装机容量15.1亿kW,居世界第一;但每年弃风电量达339亿kW·h。其中甘肃弃风电量82亿kW·h、弃风率39%,新疆弃风电量71亿kW·h、弃风率32%。西北地区成为弃风限电的重灾区。但另一方面,各地仍在大规模增加投资,扩大风电装机容量,加剧了“弃风限电”的潜在压力。本文基于在甘肃的实地调查,通过对风电利弊和困境成因的分析,并就可能的出路加以探讨。     

弃风限电对中国风力发电环境效益的影响——以呼和浩特为例

通过清单分析,对风电场的生命周期能源需求及温室气体(GHG)排放进行了研究。在此基础上,根据内蒙古呼和浩特某风电场的风速及弃风数据,对风电场上网电量进行了模拟计算;并对比了弃风与不弃风情景下风电的能源回报比与GHG排放强度。结果表明:风电机组生产阶段对能源需求及温室气体排放贡献最大;弃置阶段因材料回收,有一定节能减排效果。在内蒙古,风电的GHG排放强度不到火电的1%。对于一个2 MW的风电机组,弃风限电会导致发电系统整体GHG排放在一个生命周期碳排放比不弃风的情景增加2.3×10~4t CO_2e。因此在进行各区域风电建设规划时,应当将其作为风力资源的一个校正因素纳入考虑。     

弃风限电对中国风力发电的环境效益的影响研究——以呼和浩特为例

通过清单分析,对风电场的生命周期能源需求及温室气体(GHG)排放进行了研究。在此基础上,根据内蒙古呼和浩特某风电场的风速及弃风数据对风电场上网电量进行了模拟计算,并对比了弃风与不弃风情景下风电的能源回报比与GHG排放强度。结果表明：风电机组生产阶段对能源需求及温室气体排放贡献最大;弃置阶段因材料回收,有一定节能减排效果。在内蒙古风电的GHG排放强度不到火电的1%。对于一个2MW的风电机组,弃风限电会导致发电系统整体GHG排放在一个生命周期碳排放比不弃风的情景增加2.3万吨CO2e。因此在进行各区域风电建设规划时应当将其作为风力资源的一个校正因素纳入考虑。     

可再生能源开发及多能互补分析——以青海为例

积极开发可再生能源是中国实现“双碳”目标的重要途径之一。该文总结了2020年中国各类电力装机容量，对比了中国与世界的电力“绿色程度”,提出了可用于模拟计算梯级水库群水电调峰能力的一种方法，给出了进行多电源互补的过程，通过对黄河上游梯级电站的模拟，获得了青海省在2030规划水平年逐月的调峰电量和电网多能互补分析结果。负荷的逐月平衡分析表明：丰水年份，风电和光伏发电产生较多弃电，而平水年、枯水年的发电能力与电网负荷需求基本匹配。典型日逐时多能互补分析表明：丰水年夏季，风电、光伏入网将导致负荷峰谷差变大，风、光产生较多弃电；枯水年冬季，水电和火电的电量与调峰能力不足，需要从外网购电，但这同时会导致弃光和弃风。青海电网应推动储能建设及其他电源的建设，秉持电网基荷电量和调峰能力建设并重，以减少网内弃电和外网购电。该文所介绍的水库群电力调节能力模拟方法和多能互补过程可用于其他电网，所得结论对青海的电源发展具有一定的参考价值。     

2013-25 科技工作大家谈：要风“盛”,不要风“剩”——我国风电设备产能过剩问题及对策

 中国可再生能源专业委员会发布的《中国风电发展报告2012》显示,2011年中国主要风电设备制造行业产能已达到30GW,而2011年国内新增风机装机容量仅为18GW,这意味着国产设备40%以上的产能处于闲置状态。受国家政策扶持及高利润率的驱动,过去7年我国风电产业取得了飞速的发展。2006—2012年,全球风电装机容量年均增长率为25%,而我国这一数字达到了87%。2011年开始,随着愈发严重的“弃风”和风电设备产能过剩问题的出现,中国风电新增装机年均增长率同比下降6.85%,这是我国近10年来首次出现负增长。2012年中国新增风电装机容量为12.96GW,同比下降了26.5%,年新增装机量首次下滑至第2位;大量风机出现空转现象,吉林等地机组利用小时数甚至低于盈亏平衡点,参照2011年产能计算,2012年的产能过剩率已经超过55%。在国家能源局刚刚下放风电项目审批权至地方后,为防止新一轮由风电盲目开发引起的产能过剩现象的发生,合理分析并解决风电设备产能过剩问题已经刻不容缓。     

促进风电消纳的源-荷联合优化调度

针对我国弃风问题,将光热电站与风电联合运行,利用其出力的互补性以及储热装置的可调度性应对风电出力的波动性、反调峰性,平滑风电出力以及净负荷曲线,降低火电机组调峰的成本,提高风电利用率。但此方法受到储热装置容量的限制以及机组最小出力和旋转备用的约束,对弃风情况改善有限,因此在需求侧引入需求响应措施与光热-风电系统配合。以系统发电运行成本、弃风惩罚费用和需求响应成本为目标函数,考虑各种约束条件,建立了需求响应与光热-风电系统联合优化的两阶段调度模型,源荷侧配合促进风电最大化的消纳。设置4种情景进行算例分析,通过算例分析验证源荷联合优化策略的有效性。     

中国风电产业发展分析

分6个阶段回顾了中国风电产业的发展历程,并从法律法规规划、财税电价政策两方面简述了国家风电产业的相关政策,指出这些政策对产业发展起到了重要的支撑和调节作用。用风电装机及增长率、发电量及增长率数据分析了中国风电产业发展现状,用2013年大陆企业国内市场占有率、进入世界风电设备15强的国内8家企业的全球新增装机容量等数据,说明国内风机制造商已经发展壮大起来。分析指出了缺乏顶层设计、弃风限电严重、自主研发能力不足、部分主要零部件依赖进口和风电设备存在质保"困局"五个亟待解决的主要问题。最后分析了风电产业发展前景。     

基于氢储能的含大规模风电电力系统经济调度

针对由大规模风力发电并网带来的消纳困难问题,文章利用由碱式电解槽、储氢罐、氢氧燃料电池构成的氢储能系统将弃风转换成氢气储存起来,用以满足外界氢气负荷需求或于负荷高峰期发电补充上网。文章先对风电出力的不确定性和氢储能系统进行建模。为了降低传统鲁棒优化求解的保守度,利用考虑保守度可调的鲁棒优化盒式集合描述风电出力。在此基础上,以降低弃风和提高系统总体的经济性为目标,建立了基于氢储能的含大规模风电电力系统经济调度模型。算例表明,文章所建立的优化调度模型兼顾求解的鲁棒性和经济性,并且可以显著减少弃风、降低系统的总成本。     

含储热装置的热电联产系统改进人工蜂群优化调度方法

由于冬季供暖的需要,我国北方地区的机组大多数采用工作模式为“以热定电”的热电联产机组。在夜间,热电机组的电功率会维持在较高的水平,大量的风能得不到有效地利用,弃风现象十分严峻。传统的解决方法是在系统中单一地加入储热装置或电锅炉来减少弃风现象的发生,但消纳风电的能力有限。本文采用电锅炉和储热装置来协调供热,以提高风电的利用率。首先分析了发生弃风的原因;其次构建了含储热装置与电锅炉的热电联产系统调度模型;然后设计了基于概率的交叉变异算子,并将其应用于人工蜂群邻域搜索过程,给出了基于概率交叉操作的改进人工蜂群求解算法,基于我国北方某一区域的数据进行了仿真验证,证明了所提方案的可行性;最后对风电消纳进行了经济性分析,仿真结果表明加入电锅炉后具有更低的煤耗成本,更好的经济效益。     

清洁能源利用最大化的电力系统优化调度

考虑到不同类型电源的出力特性及其之间的互补性和矛盾性,以系统成本最低、污染排放最少和清洁能源利用率最大为目标,建立了风电接入的水火风储联合发电系统的多目标优化调度模型,并将蒙特卡洛模拟与遗传算法结合,采用改进的39节点系统验证了所建立模型的有效性,水电和储能系统在不同情况下都能充分发挥其调节作用,平抑风电波动,并且减少了污染排放和弃风现象,较好地实现了各类资源的优化配置。     

风电时序动态修正的实时调度计划研究

针对风电功率预测偏差影响电力系统发电计划准确性的问题,提出了一种超短期内风电时序动态修正的实时调度模型.该模型采用马尔科夫链时序预测方法,以5~15min为周期动态修正风电超短期预测功率的时间序列,并以煤耗增量最小和弃风最小为双重优化目标,同步修正风电场及常规机组的发电计划,最后将模型转化为凸二次规划及其拉格朗日对偶问题,并基于原-对偶内点法构建求解算法.通过对含风电场的10机组系统的仿真分析表明:所提模型在日内调度过程中进一步优化了系统的运行成本,同时提高了系统跟踪风电功率波动和消纳风电的能力,所采用的求解算法收敛迅速、鲁棒性强,可适应于实时调度的计算需要.     

含风电系统大规模长时间机组组合分解模型

针对传统机组组合忽略模型优化、仅从优化数学求解算法的角度加快求解速度的问题,提出了基于数学优化和模型优化的机组组合分解模型,以加快含风电的机组组合的求解速度,并采用弃风密度曲线来评估系统的弃风状况。该模型通过将传统机组组合求解空间分解为由离散变量决定的离散空间,结合机组组合问题的实际物理特点,剔除不具有实际意义的求解区域,以加快求解速度。弃风密度曲线可以通过系统弃风率范围及各弃风率的密度概率更好地评估系统弃风状况。根据所提方法和某省电网实际算例,比较了所提模型与传统模型的计算速度,并运用弃风密度曲线评估算例的弃风状况。研究结果表明,相比于传统的机组组合模型和弃风期望值,机组组合分解模型明显加快求解速度,系统的弃风状况在弃风密度曲线上从曲线中心向两侧波动展开,该研究加快了含风电系统的机组组合求解速度以及对系统风电弃风状况的评估更加有效、合理。     

含可靠性约束的电网接纳风电能力优化研究

大规模风电的随机变化给电力系统运行调度带来很大挑战,因此,评估电网可接纳的风电容量对电力系统的安全运行具有重要意义。为了更加准确地评估电网可接纳风电的容量,文中建立了考虑发电和弃风可靠性指标的电网接纳风电评估的优化模型,在保证电力系统安全可靠运行的前提下尽可能减少弃风。同时,提出了一种将非线性混合整数约束转换为线性混合整数约束的解算方法,以大大提高模型解算的效率。最后,采用Garver 6和IEEE 30节点系统进行计算分析,得到考虑系统可靠性的风电接入容量,验证了所提模型和方法的有效性。与现有的电网接纳风电容量评估模型相比,所提的模型在评估精度和计算效率两个方面上均具有优越性,可为调度人员选择风电并网容量和配置旋转备用容量提供参考。     

自备电厂参与新能源消纳发电权交易模式研究

随着新能源的跨越式发展,新能源并网消纳不畅导致的弃风弃光现象越来越严重.针对目前自备电厂未完全参与电网调峰的问题,基于调峰补偿机制,提出自备电厂参与新能源消纳的发电权交易模式,建立新能源发电企业和企业自备电厂的经济效益模型,促进新能源发电企业增发弃风、弃光电量,调动自备电厂积极参与调峰.通过对上海与宁夏首次跨区跨省发电权交易数据进行分析,验证此模式能够大大减少弃风弃光,提高电网系统对新能源的消纳能力,同时兼顾双方的利益,实现社会效益最大化.     

基于风场大数据互信息关联的风电机组性能评估

在风电机组现场运行大数据基础上,提出了一种互信息关联分析的风电机组输出功率建模方法;并基于该模型对风机叶片加装涡流发生器前后风电机组的性能进行了评估分析。计算验证结果表明:所建模型能够较好的拟合机组的输出功率;同时在叶片前缘附件加装涡流发生器,可以有效的改善机组的发电性能,提升风机对风能的利用率。     

含风电的电力系统动态频率分析

研究了风电接入某实际电力系统对系统动态频率产生的影响。通过建立直驱式永磁同步风电机组动态模型和含风电的实际电力系统模型,对含风电的电力系统动态频率进行了仿真分析。研究了风速扰动对系统动态频率的影响、风电渗透率上升对系统频率调节能力的影响以及风机脱网故障对系统动态频率的影响。在风机增加了基于虚拟惯性的频率控制系统,研究了具有调频系统的风电机组对系统动态频率的影响。研究结果表明大规模风电场的风速扰动将导致系统频率出现显著波动;随着系统风电渗透率的增加,系统的调频能力将明显下降;风电场在故障下的风机脱网事故将对系统动态频率造成严重影响。增加频率控制系统使风电机组具备了一定的调频能力,有效地抑制了扰动情况下的系统频率波动。     

海上风电塔架涂层老化问题分析

正0 引言通过分析广东省珠海市桂山海域海上风电机组在海洋环境中的特点和类型,本文对破损风机塔架的形貌、涂膜厚度、附着力、电化学性能等进行测试分析,分析其发生老化的原因,得到致使风电塔架涂层最容易发生老化失效的环境类型,为海上风电机组防腐技术处理提供试验依据。1 海上风电塔架环境分类我国的陆上风电场经过多年发展,建设速度逐渐放缓。由于海上风电拥有风资源丰富而稳定、发电效率高、环保等优势,具有广阔的前景。     

风火电打捆输电系统风火电配置比例研究

针对风火打捆外送的风火电比例配置问题,以机组总运行成本最低和输电功率最大为目标建立电源出力配置模型.采用考虑系统约束条件的等微增率法进行求解,并在不同风火电配置比例、不同弃风率情况下对单位煤耗、系统输电通道利用率、单位发电成本和单位发电的氮氧化物排放量等指标进行计算分析.在此基础上深入讨论了氮氧化物排放价格对系统单位发电成本的影响,结果表明,当氮氧化物排放价格达到一定值时,风电机组与火电机组可平等参与日前发电调度,实现系统的经济性和环保性.     

基于平准化电力成本和现值法的风电系统技术经济分析

针对传统风电成本测算较多使用现值法(PVC)来估算成本收益,存在不能准确反映投资获利能力或相对收益的缺陷,提出了一种结合风力模型的平准化电力成本测算方法.首先分析了选定场址的风能资源状况,提出了风机功率输出模型,采用单位千瓦时发电成本法,对相应场址所选定的风电系统采用平准化(LCOE)和现值法作经济性分析;然后研究了某些输入参数的不确定性对单位发电成本的影响,对所选定的风机进行敏感性分析;最后筛选出最优系统规划方案.结果表明,平准化的电力成本较现值法要高,并且增大容量系数和寿命周期对发电成本产生积极的影响,而其他输入参数的增大会导致LCOE成本增加.     

中国风电产业的规模和效率探析——以内蒙古自治区为例

对中国数百家风力发电场2008~2010年的发电装机容量和发电效率进行了分析,发现中国的风电场的规模和效率都在递增,但风电场的规模和效率之间的相关性逐年递减,甚至出现了负的相关性。进一步分析了风电第一大省内蒙古的情况,显示装机容量的规模存在着反常的现象,而且装机容量和发电效率之间的相关系数也不稳定。据此分析,对现行的风电发展政策提出了疑问,并给出了相应的政策建议。