風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行現(xiàn)狀研究大學(xué)論文
摘要：風(fēng)電和水電是最具前景的可再生能源，兩者互相結(jié)合的風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行正在成為當(dāng)今新能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。為了充分學(xué)習(xí)已有的研究成果，并展開(kāi)對(duì)風(fēng)水聯(lián)合發(fā)電更有效的研究，本文回顧了風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行的發(fā)展歷史，對(duì)風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行的控制方法進(jìn)行了總結(jié)與歸納。
關(guān)鍵詞：風(fēng)電；水電；風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行
一、風(fēng)水互補(bǔ)的可行性研究
由于自然風(fēng)的隨機(jī)性和不確定性，使得風(fēng)電具有了波動(dòng)性與間歇性的缺點(diǎn)，這給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及電能質(zhì)量帶來(lái)了較大的影響，同時(shí)也給風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電和運(yùn)行計(jì)劃的制定帶來(lái)很多困難。[1，2]水電在時(shí)間的分布上卻能夠極大的彌補(bǔ)風(fēng)電的不足，我國(guó)的大部分地區(qū)，夏秋時(shí)節(jié)風(fēng)速較小，風(fēng)電場(chǎng)的輸出低，而此時(shí)正是雨季，雨量較大，水電站正好可以滿足風(fēng)電的負(fù)荷。而冬春季節(jié)，雨量較少，水庫(kù)存水不足，水電站的輸出不夠，而這時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的輸出較大，能夠完美地滿足水電場(chǎng)輸出的負(fù)荷。
文獻(xiàn)[3]對(duì)風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)計(jì)算，從供電率的增長(zhǎng)和成本的減少兩個(gè)主要關(guān)鍵進(jìn)行論證，對(duì)已建成的小水電站用風(fēng)電協(xié)同和待建的風(fēng)電、水電站展開(kāi)合理的規(guī)劃，并通過(guò)具體的算例分析，驗(yàn)證了風(fēng)水聯(lián)合發(fā)電的可行性和后續(xù)發(fā)展。文獻(xiàn)[4]根據(jù)云南省風(fēng)電、水電的出力特性分析不同代表年風(fēng)水互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行的可行性，風(fēng)電水電可以協(xié)調(diào)發(fā)展取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[5-6]根據(jù)新疆阿勒泰地區(qū)的風(fēng)能水能資源，構(gòu)建該地區(qū)風(fēng)電、水電互補(bǔ)系統(tǒng)，并進(jìn)行潮流計(jì)算，驗(yàn)證了解決電網(wǎng)調(diào)峰及冬季穩(wěn)定供電問(wèn)題的正確性和可行性。
二、抽水蓄能電站和風(fēng)電的聯(lián)合運(yùn)行
由于風(fēng)電的隨機(jī)性、間歇性，波動(dòng)性難以穩(wěn)定，使得大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)造成了極大的困難，而儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠合理的吸收能量并實(shí)時(shí)地釋放出來(lái)的特點(diǎn)有效彌補(bǔ)風(fēng)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性，使得改善風(fēng)電場(chǎng)輸出功率成為了可能。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠通過(guò)輸出正功率或負(fù)功率將風(fēng)電的輸出功率變得穩(wěn)定，間接地將風(fēng)電可控化，將電能質(zhì)量相對(duì)地提高。儲(chǔ)能系統(tǒng)和風(fēng)電聯(lián)合共同供電將是未來(lái)風(fēng)電發(fā)展的一大方向。[7，8]
文獻(xiàn)[9][10]根據(jù)能量轉(zhuǎn)換的形式對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了分類，并指出常見(jiàn)的儲(chǔ)能方式，抽水蓄能在現(xiàn)在儲(chǔ)能方式上占據(jù)著主要的地位。文獻(xiàn)[11]提出了風(fēng)力發(fā)電―抽水蓄能―海水淡化綜合系統(tǒng)。建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，搭建了控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，提出了智能控制策略通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析來(lái)判斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的智能化調(diào)度確保了綜合系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和可靠性。文獻(xiàn)[12]提出了風(fēng)電與水電站聯(lián)合運(yùn)行的日內(nèi)優(yōu)化策略，通過(guò)水電站的抽水蓄能能力來(lái)抑制風(fēng)電的'波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，從而使風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行和水電場(chǎng)的協(xié)同運(yùn)行更加合理，利益最大化。
對(duì)于風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，抽水蓄能電站的建設(shè)不但具有具重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還能推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，使得兩種清潔能源聯(lián)合發(fā)展。不過(guò)對(duì)于一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)需要搭配一個(gè)多大容量的抽水蓄能電站與之協(xié)同運(yùn)行，這一系列問(wèn)題還需要未來(lái)的學(xué)者專家們共同探討。
三、常規(guī)水電站和風(fēng)電的聯(lián)合運(yùn)行
目前大部分的研究都集中在風(fēng)電與抽水蓄能的聯(lián)合運(yùn)行。但是，當(dāng)前的電力系統(tǒng)中，絕大部分的水電都是常規(guī)水電，若僅僅為了風(fēng)電并網(wǎng)而建造抽水蓄能電站不符合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。在風(fēng)電大規(guī)模的并網(wǎng)情況下，風(fēng)電裝機(jī)容量在電網(wǎng)中的比重逐步增加，參與電網(wǎng)調(diào)頻電源容量的比例顯著下降，相應(yīng)容量的調(diào)頻電源需要同步的匹配增加。[13]文獻(xiàn)[14]結(jié)合我國(guó)西北地區(qū)風(fēng)電，水電資源充沛、調(diào)節(jié)性好的特點(diǎn)，提出了以水電優(yōu)先為風(fēng)電進(jìn)行調(diào)峰，火電其次作為補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方法。該方法先根據(jù)水風(fēng)協(xié)調(diào)運(yùn)行原理推導(dǎo)水電可平衡的風(fēng)電出力，再通過(guò)模擬的計(jì)算程序和算法計(jì)算出火電為風(fēng)電提供的補(bǔ)償能力，驗(yàn)證了其可行性。文獻(xiàn)[15]以東北電網(wǎng)桓仁水電廠為例，從發(fā)電量及其調(diào)峰對(duì)風(fēng)電消納貢獻(xiàn)效益最大化的角度出發(fā)，討論了常規(guī)水電的年度運(yùn)行方式的制定原則，建立了考慮水電為風(fēng)電調(diào)峰的聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[16]通過(guò)常規(guī)水電站與風(fēng)電的協(xié)同運(yùn)行，來(lái)抑制風(fēng)電具有負(fù)荷時(shí)跟蹤時(shí)間上的S機(jī)性和不確定性，提高了風(fēng)電的利用效率，增長(zhǎng)了經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)[17]建立了風(fēng)水聯(lián)合調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，得出聯(lián)合調(diào)度模型不管是在保障風(fēng)電上網(wǎng)、提高線路傳輸容量的利用率、改善聯(lián)合體的整體經(jīng)濟(jì)效益等方面，都比獨(dú)立運(yùn)行模型要優(yōu)越。這證明聯(lián)合調(diào)度模型具有可行性和實(shí)用性。
總之水電廠對(duì)于對(duì)風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性具有良好的調(diào)節(jié)作用，風(fēng)水聯(lián)合運(yùn)行不但具有理論意義，更具有經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)和水電廠聯(lián)合運(yùn)行將是解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題的一個(gè)有效途徑。
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