大规模消纳风电的常规水电运行方式研究

大规模消纳风电的常规水电运行方式研究

刘延晶

甘肃盐锅峡发电有限公司 甘肃省临夏回族自治州 731600

【摘要】随着我国能源建设不断发展，大规模消纳风电成为了电网建设的热点工程。本文针对风电运行特征和风电安全建设需求进行来分析，提出了大规模风电接入电网后，水电调度的调度方法和计算规则，希望能够为提高电网清洁能源消纳提供参考借鉴。

【关键词】： 大规模；风电；常规水电运行方式

水电运行随着自然环境而产生较大的变化，水电工程建设可以通过水库等设施调节当地的用水量，并满足当年内不同季节、不均匀来水相关问题。随着风电设备在区域内的电网并网容量增加，内部发电随机性、间歇性明显，这样让建设当地的电网风电波动幅度发生了明显变化，这也加剧了风电功率的调节难度。在电网的运行以及清洁能源消纳等多项政策压力下，如何创新电网调度管理也成为了地方水电工作管理的重要工作。考虑到水电工作的工作难度大，如何调节电网接入和风电运行也受到了多方面影响。地方单位应当创新设计，采用多种处理方式利用水电管理来适应风电运行，全面提高水电的处理质量。本文针对水电站的调节和发电控制进行研究，分析风电消纳贡献效益最大化等因素，现将研究分析如下。

1.大规模消纳风电的常规水电运行方式制定依据

常规的水电站运行规则应当根据水库的承载力、发电量等为主，通过采用数学优化以及数学分析等方式，探求水库在不同的时间段的最佳控制时间和位置；此外，参考前期水文气象因素的运行规则和规律，以设计水库来指导水库的年度运行，并根据水库在前时间段中的表现确定水电站的出力、初水位、以及水量平衡临界值等（如图1 ）。

（图1 大规模消纳风电的途径）

目前，针对调度图的水电年度运行制定的依据调度在于从设计保证率出发，通过实历法而制定，以此来满足多环境变化下风电装机容量增长而带来的变化。对此，在风电装机容量的基础上要注意电源组成、电网结构和调峰控制。因为电网薄弱和电源的不构成问题会影响整个结构的稳定性，且在短时间内无法解决一些问题，这也不利于大规模风电并网等工作，迫切需要解决电网调峰相关的问题。综上，应当在大规模风电接入电网的基础上对不同时期的调峰原理进行控制分析，通过风电消纳贡献效等工作建立水库调度模型，并通过不同的频率和典型方式进行相关计算，最终验证大规模风电接入电网的合理性。

2.大规模风电计入电网运行方式制定原则分析

在接入电网前，大规模风电的水电承担任务延续往常，接入后，大规模消纳水电年度运行方式下应当遵循以下原则。

首先，水库综合利用优先的原则，要求水库承担相应的防洪灌溉、供水利用等任务。

其次，清洁能源发电管理原则，要求水电清洁能源不受到消纳风电能力而降低发电效益，并综合权衡水电站发电量和风电消纳的能力，最终寻求最新，最高效的水电运行方式。

再者，满足电网负荷等相关原则，要求电能需要满足需求供应平衡，并在没有大规模储能的前提下制定可满足电网稳定运行的措施后方案。

最后，要综合考虑风电发电的全面发展，从技术角度考虑，要求风电相关技术要与时俱进，不要被社会所影响，并针对风机装机的进度做好工作规划和预留接口处理。

3.制定科学的运行管理模型

本次模型构建的原理基于水电峰值调节，整个系统都要综合考虑水电站发电量和风电消纳的变化，以此，整个风电消纳能力最大化的优化模型应当基于大规模风电接入电网的情况进行分析，整个水电运行的优劣标准包含了以下几点内容。（目标电量=水电站的发电量+水电峰值对风电消纳贡献的电量）这种计算方式表示了不同的水库环境下，非汛期和汛期两种环境的峰值调度特点。

在非汛期，水电站通过发挥调峰作用控制消纳风电，从运行表现来看，水电峰值承担的荷载和预留荷载成反比，当水电能够承担更多的荷载后，留给电网其他电源承担的荷载数量就迅速下降，对整个电网的消纳清洁能力的影响就会越小。可见，在非汛期，用水量和水电站装机容量有直接关联，且影响了发电水头、水库的综合利用率以及发电效果等。

在汛期，因为水库的水位限制影响，整个电网需要水电强制参与调度的信息也较多，因此在模型计算中引入了日负荷率概念，也就是在特殊的时间段中能够承载的平均负荷量。日负荷率表现了水电汛期下调峰的作用，相关单位也应当增加汛期峰值，做好调整应急。一般而言其可以分为以下几种处理情况。首先是体现预留出调库，控制水库的用量，避免减少水电发电用量。其次是水库要弃水调峰，虽然会减少部分水量，但是也会影响到消纳风电作用，应当权衡电价等信息指标。

总而言之，汛期阶段应当考虑日负荷率，积极寻求水电站发电量和水电调峰等信息对风电消纳贡献量的影响，整个汛期水电站的发电量也应当控制在一个科学的范围内。

4.结果分析

结合相关的信息分析，水库的年度运行方式和传统的处理方式有本质区别，为了满足风电消纳等需要，基层单位需要积极挖掘水电调峰的内驱力，不断提高和优化电网的调峰能力；针对枯水季节，建议科学规划用水量，避免因为用水量的因素导致水电发电量受到影响，并基于优化模型和文本模型等计算，了解到没有挖掘水电调峰对提高风电消纳的空间，清洁能源消纳提高率为零。

水电自身调度对电网清洁能源消纳的提高率随着来水的增多而逐步增大，并在丰水年份达到最佳，此后随着来水量的继续增加，清洁能源消纳率又逐渐减小，因为此时水电过多地考虑通过调峰来消纳风电可能导致大量弃水，可认为水库大量弃水调峰不经济，也较为符合实际情况。

5.结语

电网要实现大规模风电消纳需要借助多种手段实施，包括网架合理布设、火电调峰能力挖掘和调峰深度技术改进、储能电站（如抽水蓄能）建设等。本文研究的出发点是基于具有大规模风电接入和常规水电容量比例较小的电网，按照清洁能源消纳最大化角度来进行研究。对于水电容量比例较大的电网，建议考虑单个水电厂调峰后对电网剩余负荷峰型的影响，希望能够为相关单位提供参考。

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