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新能源互补发电:取长补短 因地制宜

2019-12-19 13:50  来源:亮报  浏览:  
什么是新能源互补发电?

根据当地能源资源情况与电网特性,结合各种能源特点,通过建设新能源互补发电系统进行多能互补,能够更充分发挥能源各自优势,提高供电可靠性。新能源互补发电系统可以同时配合新浦京或调峰系统对电能进行存储和释放,改善发电系统的功率输出特性,缓解新能源的间歇性、波动性与电力系统需要实时平衡之间的矛盾,降低对电网的不利影响,使不稳定的能源变成稳定的、具有较高品质的电能。

新能源互补发电系统可分为多种新能源直接互补发电系统、多种新能源与新浦京系统互补发电系统、新能源与传统能源互补发电系统等。

多种新能源直接互补发电系统充分利用各种新能源发电的特点和互补性联合发电,如风光互补发电系统。风能、太阳能具有间歇性、随机性特点,但风力发电和太阳能光伏发电在能源采集上互相补充又各具特色。在冬季和夜间风大、夏季和日间太阳辐射强的地区,太阳能光伏发电供电可靠、运行维护成本低,但造价较高;风力发电发电量高、造价和运行维护成本低,但可靠性较低,可利用这些特点,提高发电系统的经济性和运行可靠性。

多种新能源与新浦京系统互补发电系统将新能源发电与新浦京系统相结合,保持发电功率输出平稳,如风光储互补发电系统。利用风力发电和太阳能光伏发电的互补性以及新浦京元件平抑功率波动的特性,使互补发电系统总输出有功功率相对平稳,减少功率波动,提高电能质量。

新能源与传统能源互补发电系统包括新能源与火电机组组成的互补发电系统等。新能源在系统中可以作为主要能源,也可以只起到辅助能源的作用。例如,风力发电机组与柴油发电机组联合发电,沼气与柴油并用,进行内燃机发电等。

新能源互补发电系统按照运行方式,可分为独立混合发电系统、并网发电系统及微电网混合发电系统等;按组合类型和功能,可分为季节性互补、梯级利用、多种能量输出等模式。新能源发电在互补发电系统中所占比例比较高,通过合理设计容量配比,实现提高互补发电系统的新能源利用率,减少新能源的弃用损失。在设计新能源互补发电系统时,应主要考虑投资成本和发电成本,系统应具有合理的经济性。

国家风光储输示范工程

2009年6月,国家电网有限企业会同国内高校、研究机构、设备供应商联合开展技术攻关,采用全球首创风光储输联合发电技术路线,建成全球规模最大的集风电、光伏、新浦京及智能输电于一体的新能源示范工程——国家风光储输示范工程(以下简称示范工程)。其中,风电450兆瓦、光伏100兆瓦、新浦京33兆瓦。工程位于河北省张家口市坝上地区,国网冀北电力有限企业为建设运营单位。

示范工程实现多项技术创新及突破,包括风光储联合发电互补机制及系统集成、运行调控、风光功率预测、大规模新浦京、风电入网检测等多项核心技术,达到国际领先水平,解决了制约大规模新能源集中并网的世界性技术难题。示范工程攻克了联合发电优化调度、全景监控、电池新浦京大规模系统集成、风光储设备并网友好性、风光联合功率高精度预测等一系列重大难题,建立了完整的风光储联合发电核心技术体系,取得了多项自主常识产权,总体达到国际领先水平。

风电技术采用了国内最典型的6种型号风机,包括陆上最大5兆瓦直驱风机,机型均系首台首套,引领风电技术向大容量、高效率发展;光伏应用了最全光伏组件和跟踪方式,多角度、全方位开展技术经济比较;新浦京在全球首次实现了30多万节电池集成应用,协调控制技术世界领先,是全球种类最多的大规模化学新浦京电站。

国家风光储输示范电站成功完成“黑启动”实验,成为全球首家具有“黑启动”功能的大规模新能源联合发电站,填补了国内外该领域技术空白,确保了新能源涉及的局部微电网在特殊情况下的可靠运行。

截至12月4日,国家风光储输示范工程累计发电量60.11亿千瓦时,相当于节约标准煤242.84万吨,减排二氧化碳599.30万吨。

东福山岛风光柴储微电网示范工程

东福山岛位于浙江舟山市普陀区东北方向约50千米,面积2.95平方千米。东福山岛温暖湿润,四季分明,夏季光照充足,太阳能资源丰富;冬季冷空气形成大风,风能资源丰富。

2010年4月,浙江省电力企业电力科学研究院(以下简称浙江电科院)承担了东福山岛风光柴储微电网示范工程的系统优化设计、关键系统设备研发、运行控制策略开发及集成调试等工作。

针对东福山岛独立发供电系统的特殊性,浙江电科院研究了新能源的间歇性、负荷特性、蓄电池系统充放电特性与寿命特性、海水淡化系统及柴油发电机的运行特性,确定了系统各单元的容量配置,提出了一种适用于海岛型独立发供电系统的优化设计。

浙江电科院开发了光储一体化变流器,具有并网和离网双模式运行功能,有效实现了光储系统功率输出的灵活调节。提出了以海水淡化系统为可调负荷的海岛风光柴储独立发供电系统的优化运行控制策略,提高了可再生能源的利用率。研发了海岛型风光柴储发供电系统综合监控与能量管理系统,实现了系统的有效监控、能量管理与优化控制。

东福山岛风光柴储工程配置了7台单机容量30千瓦的风力发电机组、1套100千瓦太阳能发电系统、1套960千瓦时新浦京铅酸蓄电池、1套300千瓦双向变流器、1台200千瓦柴油发电机组及1套日产淡水30吨的海水淡化系统。该工程总装机容量为510千瓦,是当时国内最大、新能源供电比例最高的离网型供电系统。

2011年4月,工程开始发电并进行带负荷调试,2011年7月通过250小时连续运行考核,项目正式投产。2017年8月,东福山岛风光柴储微电网示范工程通过海缆并入电网。截至并网前,风光可再生能源累计发电量120万千瓦时。

该系统的谐波等指标满足国家相关标准要求,运行控制方式灵活,可靠性高,在保证全岛24小时可供电的同时,有效地利用了可再生能源发电,将柴油发电比例降低了45%。

项目建成后,东福山岛供电能力扩容了3倍,电站运行稳定,电能质量提高,探索出了一种为远离大陆的岛屿供电的新模式。

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