新能源电力系统发展前景

药炜+张凯

【摘要】：大规模新能源电力消纳是当前电力系统亟待解决的问题。根据当前新能源发电并网情况，在结合当前电力系统发展现状的基础上，从我国电源结构、新能源发电特性、新能源电力调度模式、新能源电力外送能力以及新能源与传统能源发电间的经济问题共五个方面，总结了阻碍新能源消纳的影响因素；针对各影响因素，列举欧美新能源发电较为发达的国家其相应的解决措施；借鉴国外消纳大规模新能源电力的成功经验，提出针对我国当前及未来电力系统发展趋势可采取的消纳大规模新能源电力的措施。

【关键词】：新能源电力；发展现状；发展前景

引言

电力系统暂态稳定直接法因计算思路简洁、计算速度快、能快速提供稳定结果的优点而倍受电力科研人员青睐。该算法最早主要基于传统模型的直接法（相关不稳定平衡点法、势能边界面法、静态扩展等面积准则），使用于电源结构单一、运行特性稳定的传统电网，并未突破考虑大规模新能源并网的复杂运行工况等，很难用于电源结构多样的大电网暂态稳定计算。目前，高比例新能源接入的大电网计算已成为当前稳定性仿真计算的主要关注点，而新能源占比越高，系统运行的时变性越大。本文在时变因素分析研究（改进式EE-AC）的基础上，以强时变因素影响下对在运行轨迹中等效机群进行动态化分群，识别出含新能源的临界机群，细化动态过程的分群方式，并分析新能源集群若干等效功角对分群方式的影响，验证动态过程时变因素下分群方式的有效性。测试系统采用西北某省级新能源高占比电力系统。

1、新能源电力系统概况及特点

对于传统的电力系统，主要是以天然气、煤炭、石油等一系列的一次性能源作为电力系统的重要能源。随着科学技术的日益更新，可再生能源的出现逐渐大规模开始替代传统的能源系统。二者之间最为重要的差别就是前者能够进行存储，有着较为稳定的发电空间模式，电力系统的双侧供应可调可控；然而后者主要是以再生能源为主要发电能源，其有着不可存储的特性，因此不确定性就更为明显，电力系统的双侧供应可调可控性较差。新能源的出现，就是为了能够弥补可再生能源的可调可控性不足，通过新能源电力系统的独特方式和创新技术，使电力系统能够在保证可调可控更稳定的状态下，保证可再生能源得到更加安全、高效的应用。

2、新能源电力系统发展前景

2.1太阳能

当前，光伏发电已经应用在电力系统中，许多农村偏远地区已经通过光伏发电来解决电力资源紧张的问题。太能能电力系统供给不仅能够解决偏远农村地区用电问题，而且在补充传统电力资源、供给工业发展等方面也发挥了重要作用。

2.2储能技术在光伏并网中的应用

系统瞬时功率平衡水平问题是光伏并网中存在的主要难题，在光伏并网中运用储能技术，在很大程度上能有效的解决这一难题。在光伏并网负载功率等脉动形势下，可有效应用储能技术的无源式并联储能方案，使得蓄电池的充放电电流更加平滑。无源式并联储能方案通常应用于独立光伏系统。另外，也可以应用混合储能系统，对新能源电力系统中的瞬时功率的平衡性进行处理。组合磷酸铁锂电池（见图1）、超级电容，需要注意的是，超级电容具有很高的功率密度，磷酸铁锂电池具有很大的能量密度，将两者组合之后，应科学合理的设置控制结构和方式，以最大程度的发挥出其效用。据相关的仿真试验结果证明，对于新能源电力系统的运行稳定性问题，适当的应用混合儲能系统，可以有效的提高电力系统的运行稳定性。

2.3风能

风力发电是利用风能这一可再生清洁能源来发电。由于没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，符合“节能减排、低碳生活”的理念，风力发电技术还可以灵活应用，既可以并网运行，也可以离网独立运行，还可以与其他能源技术组成互补发电系统。如今在可再生资源的成本上来看，风力发电性价比最高。在发展风能的过程要全方面考虑，对当地的风资源利用作出评估。另外在建设风力发电站的过程中也要考虑到降低设备采购成本和运行维护成本。其中面临主要的问题是对风机核心技术掌握较少，包括变频控制、风量捕捉、机械工业等。电网侧方面，由于风能本身的特性以及电网的稳定性要求造成无法满足大容量风机接入的要求。因此要针对这些问题作出改进，将促进风电产业健康发展。

2.4提高我国新能源发电预测技术

国内学者在新能源发电预测技术方面取得了一定的研究成果。文献[52]表明利用风电功率预测的手段提高电网的调峰能力是可行的，而且风电功率的预测误差对电网的调峰能力极限影响很大，预测误差小，调峰能力提高较为明显。文献[53]研究在系统容量为606MW，原预测精度为20%时，若系统预测精度提高2%，可提高系统接纳风电容量最高达10%，但是预测精度对系统提高接纳风电容量是有条件的，只有当预测精度在一定范围内变化时，预测精度提高才可以提高系统接纳风电的容量；文献[54]研究得出在风电装机容量为系统负荷的20%时，风电功率预测误差由20%提高至15%时，可以减少风电限电量14.71%。文献[55]指出采用集合预测法对光伏发电预测的准确率和稳定性最高，尤其适用于弃光限电地区，预测准确率可达89%以上。总的来说，新能源发电预测技术对于新能源并网影响显著。

2.5生物能

生物能主要是发展沼气、作物秸秆以及废弃物等生物质能，这些能源供给原材料我国资源同样丰富。为了更好地推广应用生物能电力资源，目前我国计划建设两百多个生物绿色能源示范县，并且给予一定的政策和资金支撑，这些建设规划以及政策保障对我国发展生物能电力具有重要的推动作用。

结语

综上所述，在今后一段时期内，新能源电力系统优化控制方法及关键技术创新发展是我国需要不断深入研讨的一项重要内容，只有真正实现电力系统多项能源互补，能源之间协调存储，才能够最大程度充分利用可再生能源，最终使得可再生能源成为我国电力系统之中的首选。

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