浅析能源互联网是解决窝电弃风问题的根本

浅析能源互联网是解决窝电弃风问题的根本

江庆玺

云南电网有限责任公司大理供电局 云南省大理州 671000

摘要：在我国风电迅速发展的背景下，风电消纳逐渐成为影响风电发展的主要原因。我国北方具有丰富的风能资源，尤其是在北方冬季的夜间风力发电量较大，但是因为风电与煤电机组之间的矛盾，致使风电站不得不减少出电量，甚至需要停止运行，产生大量窝电与弃电现象。

关键词：能源互联网；发电；窝电弃风；风电

引言

随着当前我国大型风电电网装机容量的持续快速增长，风电资源消纳不足问题日益突出。我国东部北方地区虽然风能发电资源丰富，尤其特别是在一个风电充沛的寒冷冬夜，但由于通风用电设备负荷不断减少，风电与其他煤电协同运行之间出现矛盾。另一方面，对我国燃煤涡轮发电的能源依赖加大造成了严重的大气环境污染，使我国空气质量环境综合质量不断受到恶化。能源互联网是一种借助先进的电力电子、管理技术与信息技术，将分布式能量采集设备、分布式储能设备、不同类型负载等多个新型电力网络节点互联的技术，可以理解为智能化的综合应用，实现能源点对点交换和共享网络，其中能量为双向流动。

一、建设能源互联网平台

（一）能源互联网模式

能源互联网是新能源技术与信息技术紧密结合的新能源利用体系。它主要以综合电力系统为基础，以移动互联网信息技术系统为通信基础，接收大量分布式可再生发电能源，采用先进的综合信息电子通信系统技术，通过先进的综合电力和微电子和移动信息系统技术，将大量大型分布式可再生利用能源系统整合起来发电。设备和分布式储能设备可以为能量和信息流提供新的、高效的网络结构。通过科学系统地监督管理企业能源利用来有效提高企业能源利用效率^[1]。

（二）基于能源互联网的实时管理平台

在能源互联网技术的支持下，公用事业可以利用该技术进行发展。比如想搭建综合计算监控平台，可以先在线监控发电量和用电量，再考虑电量。计划风电场内部偏差时的风电场成本极限模型，风电场风速满足威布尔分布。

该平台由四个部分组成，这些部分通过网络级联以提供能量和信息流。

（1）发电侧。包括太阳能、风能、水力、传统热能和其他分布式能源系统的生产和管理数据的实时收集和传输。

（2）电气侧。包括：节能电加热、电能源制冷、电能能源储存、电储能制氢等分布式清洁能源及电消费系统的对生产过程控制数据的自动实时分析采集和数据传输。

（3）计算服务平台。包括：数据密集采集与存储、数据计算与分析、数据交互与展示，这些包括硬件服务器和专用服务软件。

（4）是大数据分析应用。包括：非互联网光伏发电电力企业电网用户、电力行业用户、电网系统电力行业用户、电力数据监管服务机构、第三方电力数据服务应用平台用户。

（三）能源互联网平台功能

能源互联网平台的特点是：

（1）发电侧风能资源和限电实时计算。

（2）计算电力增量用户侧根据电热供应负荷和电力增量对用电量进行实时自动计算。

（3）基于电网的供电平衡计算。

（4）冷、热、风、电多种分布式能源的经济运输和管理。

（5）建立能源管理局域网具有适应性的电价调整机制、削峰制和填谷等能源运行管理模式和成本控制策略。

需求侧计算管理是平台的基础业务。主要内容是加热和电源管理。即特别是弃风窝电严重、电力短缺或用电高峰：通过经济手段参与电网调峰，动态调整电力供需关系，实现电能价值最大化^[2]。

二、某区域电网供电状况

（一）参与功率平衡的电源

参与平衡的火力电源为2016年底特定投运区域的大型公用电厂和2017年至2020年期间投运的大型公用火力电厂。当年计划生产的工业风能和商用太阳能按当年月平均产量计算，其他发电厂在1月1日开始运行。预计2020年特定行政区域公共热力电厂装机总规模大约为31319兆瓦，其中城市常规地区水电482.15兆瓦，抽水电厂1700兆瓦，火电厂16114.5兆瓦，风电7206.2兆瓦，火电功率是1207.8兆瓦。

（二）机组运行方式及输出

（1）火力机组

2020年，根据近期《东北电网火电厂最低运行模式》，综合考察该地区100兆瓦及以上燃煤电厂的最大和最小出力系数。所有100MW将在加热期间开启，并在非加热期间启动。部分火电厂的检修系统主要是指电网在该地区内的运行方式。垃圾和生物质的最大输出因子被认为是1，垃圾转化为能源的最小输出因子为0.8，生物质转化为能源的输出因子为0.7^[3]。

（2）水力发电装置

2020年某地区传统水电小时发电量将根据近年来的实际情况考虑。抽水蓄能发电厂根据可再生能源的输出在调峰和备用操作之间进行选择。

（3）太阳能输出

2020年特定地区全年光伏发电时间按1395小时计算，每小时发电量参照同类地区情况。

三、电网间电力传输和接收预测

（一）联络线最大输电功率以4000MW为基准，结合近年来实际情况综合考察输电曲线。

（二）平直连接线最大传输功率以3000MW为标准，不考虑路线时，根据近年来的实际情况考察传输曲线，需将传输功率增加2000MW。

（三）与变电站的连接线根据该地区电网的平衡结果确定向变电站的输电。

四、分析方法及计算原理

（一）使用的理论方法

首先，以一定风电装机容量的风电消耗量作为评价指标。二是在没有风电的情况下，全年进行电量平衡和小时电量平衡。进行上电平衡时必须满足以下条件：

（1）满足电网和电厂的安全要求。

（2）加热和其他要求的最小启动方法。

（3）满足火电厂开停成本和燃料成本的优化要求。

（4）启动能力必须满足以下条件。P_Ymax≤∑ni=1P_imax,

式中，P_Ymax是系统的最大日均总负荷（其中可能还会包括每个联络线的总输入和联络输出的总功率）和运行储备。p_imax是电动机组i电机运行时的最大功率技术信号输出。p_yi=∑ni=1pi为水力电网上最大电容量的最大进入输出^[4]。

（二）计算原理

（1）基准年：2020年。

（2）天平口径

需求侧以公共电网侧及供电侧的负荷需求为主，供电侧仅需要考虑公共火力电厂。

（3）电源规划

超过100兆瓦的水力、风能、太阳能、生物质能和燃煤电厂被批准，如果有道路，将作为参与平衡的电源。100MW以下的燃煤电厂，只有经批准的项目才能参与。

（三）具体计算程序

首先，根据2020年全国电网的临时日运行负荷储备曲线、电网联络线、运行负荷储备（主要包括运行负荷和交通事故运行储备），在某些情况下，每日启动平衡和小时功率和功率平衡风力发电是尚未完成。2020年每日最大开工负荷规模具体确定原则如下，条件之一是我国电网最小每日开工负荷方式和最大每日开工负荷能力及其输出必须达到大于或几乎等于最大开工负荷与电网运行能力储备之和。以一级火力发电厂上一年度的开停开发费用和含煤燃料开发费用最低标准为基本原则。然后根据净旋风出力速度曲线进行计算系统净旋风负载出力曲线（净旋风负载出力曲线=原旋风负载出力曲线－新旋风电机输出出力曲线－风风联络线出力曲线）。根据当前全国风力电网负荷并网出力变动曲线和当前全年全国风电出力并网负荷变动曲线进行综合分析计算得出全年全国风电有效期的并网负荷出力。有效风力电网最大日净启动运行出力负荷和最大日净运行出力容量负荷储备（此时的最大日净运行出力负荷容量储备金额还主要用于包括近年中国长江风电在每日两个能够同时参与系统平衡的有效风力电网最大出力运行负荷储备基础上不断优化增加的最大运行容量储备）。火力发电厂的停机成本没有得到维持。如有变动，平衡每天有风电启动，根据最大技术启动功率容量、单元最大技术功率输出和净容量负载情况进行每小时启动功率值和功率平衡。在初步平衡备用电电时，首先需要考虑每个抽水水力蓄能电站是否处于首次备用发电状态，然后根据初步平衡的发电结果后再确定每个抽水水力蓄能电站的首次抽水发电蓄能和水力发电备用次数。如果净水机负荷出力小于此时启动抽水机组的最小抽水出力，则启动抽水机或蓄能电站停止抽水。如果净水机负荷压力大于整个启动抽水机组的最大抽水出力，则启动抽水机和蓄能电站必须停止抽水^[5]。

结束语

需要国家加快推进高压直流风电工程以及输电空调系统项目建设，为推进风电项目大规模转化并网以及消纳用电做好充分准备，以有效促进我国风电行业可持续发展，更好解决消电减风现象。高压直流项目启动，能够有效解决了公用事业和大型风电服务公司普遍恼人的长期弃风弃电问题，协调了我国风电与其他发展中国家电力系统的有效互动，增加了该发达地区可再生清洁能源的综合并网利用能力。

参考文献：

[1]施泉生,丁建勇,晏伟.能源互联网中基于电转气消纳风电的综合效益测算研究[J].智慧电力,2019,47(9):45-51.

[2]顾泽鹏,康重庆,陈新宇,等.考虑热网约束的电热能源集成系统运行优化及其风电消纳效益分析[J].中国电机工程学报,2015(14):3596-3604.

[3]丁铭.特高压电网破解“窝电”难题[J].瞭望,2018(3):24.

[4]徐创学,乌斯满·加拉力,周建武,等.利用能源互联网平台解决弃风弃光问题[C].//2016年中国电机工程学会年会论文集.2016:1-5.

[5]施泉生,丁建勇,刘坤,等.含电、气、热3种储能的微网综合能源系统经济优化运行[J].电力自动化设备,2019,39(8):269-276,293.