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