風(fēng)水協(xié)同運行現狀研究大學(xué)論文
摘要：風(fēng)電和水電是最具前景的可再生能源，兩者互相結合的風(fēng)水協(xié)同運行正在成為當今新能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。為了充分學(xué)習已有的研究成果，并展開(kāi)對風(fēng)水聯(lián)合發(fā)電更有效的研究，本文回顧了風(fēng)水協(xié)同運行的發(fā)展歷史，對風(fēng)水協(xié)同運行的控制方法進(jìn)行了總結與歸納。
關(guān)鍵詞：風(fēng)電；水電；風(fēng)水協(xié)同運行
一、風(fēng)水互補的可行性研究
由于自然風(fēng)的隨機性和不確定性，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)的穩定運行以及電能質(zhì)量帶來(lái)了較大的影響，同時(shí)也給風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電和運行計劃的制定帶來(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風(fēng)電的不足，我國的大部分地區，夏秋時(shí)節風(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(mǎn)足風(fēng)電的負荷。而冬春季節，雨量較少，水庫存水不足，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(mǎn)足水電場(chǎng)輸出的負荷。
文獻[3]對風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電的數學(xué)模型進(jìn)行了數學(xué)計算，從供電率的增長(cháng)和成本的減少兩個(gè)主要關(guān)鍵進(jìn)行論證，對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)合理的規劃，并通過(guò)具體的算例分析，驗證了風(fēng)水聯(lián)合發(fā)電的可行性和后續發(fā)展。文獻[4]根據云南省風(fēng)電、水電的出力特性分析不同代表年風(fēng)水互補協(xié)調運行的可行性，風(fēng)電水電可以協(xié)調發(fā)展取長(cháng)補短，提高電網(wǎng)供電的穩定性和經(jīng)濟性。文獻[5-6]根據新疆阿勒泰地區的風(fēng)能水能資源，構建該地區風(fēng)電、水電互補系統，并進(jìn)行潮流計算，驗證了解決電網(wǎng)調峰及冬季穩定供電問(wèn)題的正確性和可行性。
二、抽水蓄能電站和風(fēng)電的聯(lián)合運行
由于風(fēng)電的隨機性、間歇性，波動(dòng)性難以穩定，使得大規模的風(fēng)電并網(wǎng)造成了極大的困難，而儲能系統能夠合理的吸收能量并實(shí)時(shí)地釋放出來(lái)的特點(diǎn)有效彌補風(fēng)電的隨機性和波動(dòng)性，使得改善風(fēng)電場(chǎng)輸出功率成為了可能。儲能系統能夠通過(guò)輸出正功率或負功率將風(fēng)電的輸出功率變得穩定，間接地將風(fēng)電可控化，將電能質(zhì)量相對地提高。儲能系統和風(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[9][10]根據能量轉換的形式對儲能技術(shù)進(jìn)行了分類(lèi)，并指出常見(jiàn)的儲能方式，抽水蓄能在現在儲能方式上占據著(zhù)主要的地位。文獻[11]提出了風(fēng)力發(fā)電―抽水蓄能―海水淡化綜合系統。建立了系統的數學(xué)模型，并對系統進(jìn)行智能控制，搭建了控制系統硬件平臺，提出了智能控制策略通過(guò)對數據的實(shí)時(shí)分析來(lái)判斷整個(gè)系統的運行狀態(tài)，通過(guò)對整個(gè)系統的智能化調度確保了綜合系統運行的高效性和可靠性。文獻[12]提出了風(fēng)電與水電站聯(lián)合運行的日內優(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)性和不穩定性，從而使風(fēng)電場(chǎng)運行和水電場(chǎng)的協(xié)同運行更加合理，利益最大化。
對于風(fēng)能資源豐富的地區，抽水蓄能電站的建設不但具有具重大的經(jīng)濟價(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)同運行，這一系列問(wèn)題還需要未來(lái)的學(xué)者專(zhuān)家們共同探討。
三、常規水電站和風(fēng)電的聯(lián)合運行
目前大部分的研究都集中在風(fēng)電與抽水蓄能的聯(lián)合運行。但是，當前的電力系統中，絕大部分的水電都是常規水電，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的經(jīng)濟效益。在風(fēng)電大規模的并網(wǎng)情況下，風(fēng)電裝機容量在電網(wǎng)中的比重逐步增加，參與電網(wǎng)調頻電源容量的比例顯著(zhù)下降，相應容量的調頻電源需要同步的匹配增加。[13]文獻[14]結合我國西北地區風(fēng)電，水電資源充沛、調節性好的特點(diǎn)，提出了以水電優(yōu)先為風(fēng)電進(jìn)行調峰，火電其次作為補償的調節方法。該方法先根據水風(fēng)協(xié)調運行原理推導水電可平衡的風(fēng)電出力，再通過(guò)模擬的計算程序和算法計算出火電為風(fēng)電提供的補償能力，驗證了其可行性。文獻[15]以東北電網(wǎng)桓仁水電廠(chǎng)為例，從發(fā)電量及其調峰對風(fēng)電消納貢獻效益最大化的角度出發(fā)，討論了常規水電的年度運行方式的制定原則，建立了考慮水電為風(fēng)電調峰的聯(lián)合運行優(yōu)化數學(xué)模型。文獻[16]通過(guò)常規水電站與風(fēng)電的協(xié)同運行，來(lái)抑制風(fēng)電具有負荷時(shí)跟蹤時(shí)間上的S機性和不確定性，提高了風(fēng)電的利用效率，增長(cháng)了經(jīng)濟效益。文獻[17]建立了風(fēng)水聯(lián)合調度的數學(xué)模型，得出聯(lián)合調度模型不管是在保障風(fēng)電上網(wǎng)、提高線(xiàn)路傳輸容量的利用率、改善聯(lián)合體的整體經(jīng)濟效益等方面，都比獨立運行模型要優(yōu)越。這證明聯(lián)合調度模型具有可行性和實(shí)用性。
總之水電廠(chǎng)對于對風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性和隨機性具有良好的調節作用，風(fēng)水聯(lián)合運行不但具有理論意義，更具有經(jīng)濟效益。實(shí)現風(fēng)電場(chǎng)和水電廠(chǎng)聯(lián)合運行將是解決大規模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題的一個(gè)有效途徑。
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