新城注册-登录网址间歇性可再生能源发电及 并网技术问题 王伟胜 中国电力科学研究院新能源研究所 2010年10月30日 1 - 1 - 目 录 目 录 1.我国间歇性可再生能源发展情况 2.我国间歇性可再生能源并网的技术问题 3.促进间歇性可再生能源并网的技术措施 4.相关建议 2 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源发展现状 截至2009年底，我国吊装风电装机容量达到2601万千瓦，实现连续4 年翻番。新增风电装机容量1380万千瓦，居世界首位。我国已成为世界风 电发展最快的国家。 3000 140% 130.9% 113.2% 120% 2500 115.2% 105.3% 100% 2000 103.3% 80% 瓦 千 1500 万 65.7% 60% 1000 40% 34.7% 31.8% 28.4% 500 19.6% 21.2% 20% 16.3% 17.0% 0 0% 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 累计 新增 年增长率 3 1996-2009年我国风电装机容量 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源发展现状 目前，我国有四个省区电网的风电装机 容量超过200万千瓦： 黑龙江 1709.3 内蒙古（9196.2MW ） 吉林 2063.9 辽宁2425.3 河北（2788.1MW ） 新疆 1002.6 内蒙古 9196.2 河北 山西 2788 宁夏 山东 320.5 682 1229.2 辽宁（2425.3MW ） 甘肃 1188 江苏 1097 吉林（2063.9MW ） 浙江 234.2 福建 567.3 云南 广东 569.3 120.8 4 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源发展现状 截至2009年底，我国光伏发电利用容量达到30万千瓦，比2008年翻 了一番。我国太阳能热水器集热面积居世界第1位，约占世界总量的三 分之二。 35 1.2% 14.4% 30.0 1.3% 30 25 4.1% 瓦 20 16.0 千 12.3% 14.0 万 15 10.0 10 6.5 7.0 8.0 5.0 66.7% 5 0.7 1.9 4.5 2.0 0.2 0.3 2.0 1.0 0.5 1.0 0 1995 2000 2002 2004 2005 2006 2007 2008 2009 中国 欧盟 日本 美国 印度 其它国家 累计 新增 5 我国光伏发电装机容量 我国太阳能集热面积及占世界比重 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源资源状况与发展潜力 我国风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分，总计7～12亿千瓦。 陆上经济可开发量6～10亿千瓦，海上1～2亿千瓦。风能资源丰富区主要分布在我 国北部和沿海两大地带， “三北” （华北北部、东北、西北）是我国最大的成片6 风能资源丰富带。 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源资源状况与发展潜力 陆上 海上 测算机构 距地面高度 理论技术可开 距地面高 理论技术可开发 (m) 发量(亿kW) 度(m) 量(亿kW) 中国气象局第二次普查 10 2.53 10 7.5 (20世纪90年代) 中国气象局第三次普查 10 2.97 50 1.8 (2005) 联合国环境署(2004) 50 14.2 10 6 中国气象局风资源评估 50 26.8 50 1.8 (2007) 能源研究所估算(2007) - 6～10 - 1.5 7 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源资源状况与发展潜力 我国太阳能资源理论 储量达每年17000 亿吨标 准煤。全国三分之二的国 土面积年日照小时数在 2200小时以上，西部太阳 能资源尤为丰富。 8 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源资源状况与发展潜力 太阳能资源区划 名称 指标 占国土面积 地区 2·a) (kWh/m 最丰富带 ≥1750 17.4% 西藏大部分、新疆南部以及青海、甘肃 和内蒙古的西部 很丰富带 1400—1750 42.7% 新疆大部、青海和甘肃东部、宁夏、陕 西、山西、河北、山东东北部、内蒙古 东部、东北西南部、云南、四川西部 丰富带 1050—1400 36.3% 黑龙江、吉林、辽宁、安徽、江西、陕 西南部、内蒙古东北部、河南、山东、 江苏、浙江、湖北。湖南、福建、广东 、广西、海南东部、四川、贵州、西藏 东南角、台湾 一般带 ≤1050 3.6% 四川中部、贵州北部、湖南西北部 9 说明：我国太阳能资源的丰富地区（即I、II与III带）共占国土面积96％以上。 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源发电发展目标 东北电网 西北电网 华北电网 华东电网 华中电网 风电发展规划（2020） 7个千万千瓦风 台湾 风电 1.5亿kW 电基地 10 千万千瓦风电基地 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源发电发展目标 13.8% 8.2% 17.3% 6.8% 10.2% 12.0% 6.3% 5.4% 6.3% 7.8% 19.2% 22.2% 12.7% 14.9% 6.2% 10.2% 12.3% 8.3% 河北 蒙东 蒙西 吉林 江苏 甘肃 新疆 山东 其它 河北 蒙东 蒙西 吉林 江苏 甘肃 新疆 山东 其它 2020年我国风电装机容量地区分布 2030年我国风电装机容量地区分布 据水规总院研究成果，综合考虑风能资源等建设条件，预计 2020年我国风电开发潜力约为1.7亿千瓦，2030年约为3亿千瓦 11 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源发电发展目标 太阳能发电发展规划（2020年） 太阳能屋顶计划 2万个屋顶光伏项目 100万千瓦 金太阳工程 -- 50万千瓦 大型光伏电站 若干百万千瓦基地 2000万千瓦 12 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源发展特点 我国风电发展整体呈现大规模开发、远距离传输、高 电压等级集中接入为主，分散接入、就地消纳为辅的 特点。 我国光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布 式接入并举的特点。 13 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源制造业情况 风电机组 14 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源制造业情况 风电机组 15 1、我国间歇性可再生能源发展情况 我国间歇性可再生能源制造业情况 2007年我国光伏电池产量 MW/年 序号 公司名称 产量 序号 公司名称 产量 2007年光伏电池产量 为1088MW，其中非晶硅电 1 无锡尚德 327 6 苏州阿特斯 55 池28.3MW，晶硅电池 1059.7MW，比上一年增长 2 保定英利 142.5 7 宁波太阳能 45 148.1%。 3 河北晶澳 113.2 8 常州天合 37 到2008年底，我国光 伏电池企业超过60家，产 4 江苏林洋 88 9 江阴浚鑫 35 能达到5000MW，产量达 5 南京中电 78 10 常州亿晶 30 2000MW。 其他 137.3 合计 1088 16 注：不含台湾产量 目 录 目 录 1.我国间歇性可再生能源发展情况 2.我国间歇性可再生能源并网的技术问题 3.促进间歇性可再生能源并网的技术措施 4.相关建议 17 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 风电建设与电网发展不配套 风电发展规划侧重于资源发展规划，与电网发展规划 不协调，在一些地区的风电发展规划中缺乏具体的风电送 出和电力消纳的方案。 大规模风电基地建设需要从国家层面统筹考虑输电线 路、网络结构及落点等问题。 181818 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 风电与常规电源之间缺乏协调 风电规划与常规电源规划之间缺乏协调，部分地区风电 与常规电源之间存在电力与电量竞争的现象，风电大规模开 发显著降低了常规电源的年运行小时数。 调峰电源制约了系统接纳风电的规模，致使部分地区在 负荷低谷时限制风电出力。 19 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 风能资源分布与电网资源配置能力 风能资源与电力需求大体上呈逆向分布 陆上风能资源主要分布在西北、华北、东北地区； 电力负荷中心集中在东部、中部地区。 经济发展与风能资源分布的不平衡，决定了我国风电的大 规模开发，必须通过电网在全国范围内优化配置。 202020 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电力系统安全稳定运行问题 （1）电网调峰能力不足 风电出力具有随机性、间歇性、大规模风电接入导致电网等 效负荷峰谷差变大，即反调节特性明显，增加了系统调峰难度。 网省公司 火电 水电 风电 火电占比（%） 水电占比（%） 风电占比（%） 东北 58272 6614.7 6495 81.6 9.3 9.1 华北 167115 3851 6798 94.0 2.2 3.8 西北 43382 17377 2145 69.0 27.6 3.4 我国风电发展较为集中的“三北”地区电源结构都是以火电为主，基本没 有燃油、燃气机组，调节能力不强。华北、东北火电占比在80%以上，且供 热机组较多，西北地区水电较多，但主要集中在没有风电的青海，且受防凌、 防汛等多种因素的限制，调节能力不强。我国快速调节电源只占17%。 2121 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电力系统安全稳定运行问题 （1）电网调峰能力不足 2007年美国天然气发电占39.5%，燃油发电占5.6%。美国快速调 节电源约占50%。 2222 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电力系统安全稳定运行问题 （1）电网调峰能力不足 2008年德国燃气、燃油和抽水蓄能约占总装机容量的25%，其他可 调峰电源8 %。德国快速调节电源约占25%。 总装机容量 16 15 20 13 12 8 16 129GW 总发电量 29 25 21 10 3 7 5 5500亿kWh 0 20% 40% 60% 80% 100% 0 20 40 60 80 100 核电 褐煤 硬煤 天然气 燃油、抽水蓄能、其他 水电、生物质发电、其他 2323 风电 Source: BDEW, Energy Market 2007 Germany 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电力系统安全稳定运行问题 （2）电压控制难度增加 风电出力变化范围大，且具有随机性，在风电场不 能参与电压控制的情况下，显著增加了电网电压控制的 难度。 2424 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电力系统安全稳定运行问题 （3）调频问题 50.0Hz 50.0Hz 50.2 49.8 50.2 49.8 发 电 用 电 常规 电网 用电 电源 负荷 用电负荷随机变化 发电出力可调节 负荷预测精度较高 原动机功率可控 风电 风电功率变化大且不可控，预测精度低 252525 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电力系统安全稳定运行问题 （3）调频问题 风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整。 我国现行标准没有对于风电机组参与系统调频提出要求，现有运行 风电机组均不参与系统频率调整。 由于风电机组不能有效参与电网频率调整，电网频率调整必须由传 统电厂分担。 在大规模风电接入电网的情况下，随着风电装机容量在电网中比重 增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容 量的调频电源。 262626 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电力系统安全稳定运行问题 （4）未经检测认证的风电机组并网运行使电力系统遭受冲击 河南三门峡地区曾发生过当电网三相电压不平衡度未 超过国标规定限值时，由于风电机组三相电压不平衡耐受 度不满足要求，电气化列车通过时2.5万千瓦风电机组退 出运行的情况。 272727 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 风电机组性能问题 风电机组缺少支撑电力系统安全稳定运行的控制性能 以低电压穿越能力为例 低电压穿越能力是指在电网运行中，当系统出现扰动或远端（近端） 故障时，可引起局部电压的瞬间跌落，期间电源维持并网运行的能力。 风电机组应具有低电压穿越能力，以防止在系统出现扰动或故障情 况下脱网停机，对电网造成更大冲击。 282828 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 风电机组性能问题 由于风电机组不具备低电压穿越能力导致的大范围风电切机情 况，在东北吉林电网及西北电网的甘肃玉门风电场、甘肃安西中广核 大梁子风电场、宁夏贺兰山风电场都发生过。 电网扰动，不是非常严重 带有变频器的风电机组切机 大量风电切除导致有功缺额，引起系统频率降低、潮流大范围 转移、部分母线、我国间歇性可再生能源并网技术问题 电网调度运行支撑技术问题 风电功率预测技术的推广问题 尚未建立风电调度决策支撑系统 3030 2、我国间歇性可再生能源并网技术问题 发电系统 输电系统 配用电系统 G • 建设百万千瓦和 • 输电通道有效利用、电 • 改变原有放射状的供 千万千瓦级风电 力消纳等规划问题； 电结构； 基地； • 电压调节/潮流控制/ • 远距离传输的电压无功 • 风电难以预测、 控制和系统稳定问题； 电能质量等问题； 不可控制、不可 • 对现有配网自动化方 • 海上风电的输变电技术 调度，给电网调 问题。 案提出挑战。 峰调频带来新的 挑战。 31 目 录 目 录 1.我国间歇性可再生能源发展情况 2.我国间歇性可再生能源并网的技术问题 3.促进间歇性可再生能源并网的技术措施 4.相关建议 32 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 发电系统 输电系统 配用电系统 • 电网友好型发电技 • 分布式风电接入配网 • 大规模风电输电规划； 术； 评估和规划技术； • 柔性直流输电技术； • 风电检测认证标准 • 分布式风电运行控制 和体系。 • 输电安全稳定支撑技术； 技术； • 海上输变电关键技术。 • 需求侧响应/调度技术。 • 大型风电基地资源分布及运行特性； • 风电功率预测技术； 调度技术 • 风电调度运行技术。 支撑 基础平台 试验平台 支撑 33 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 科技创新 风能（清洁能源） 风电厂（优质电源） 34 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 35 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 T N E L 1.07 I S g I D 风电并网仿线 4000 5000 风电机组/风电场建模 x-Axis: 风电场总出力: MW 安西330kV母线: 电压 （pu） 瓜州330: 电压 （pu） 区域电网对风电适应性研究 玉门镇330kV母线 风电并网运行经济性研究 1.07 1.06 风电场接入电网专题研究 1.05 1.04 0 1000 2000 3000 4000 5000 x-Axis: 风电场总出力: MW 风电并网规划技术 安西750kV母线: 电压 （pu） 酒泉750kV母线: 电压 （pu） 金昌750kV母线 (3)乌丹 220 1.00 1.06 (4)西 郊220 (3) 1.05 ) u p ( 1.04 0.00 U (2) (4) 1.03 (1) 1.02 -1.00 1.01 1.00 0 20 40 60 80 100 -2.00 -0.00 0.01 0.02 0.03 [s] 0.04 Pw(%) 玉门110: 母线、间歇性可再生能源并网技术解决措施 风电功率预测技术 风电功率预测的意义： 合理安排应对措施，提高电网的安全性和可靠性； 可以调整和优化常规电源的发电计划，改善电网调峰能力，增 加风电并网容量； 降低因风电并网而额外增加的旋转备用容量，改善电力系统运 行经济性，减少温室气体排放。 37 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 风电功率预测技术 短期预测 预测时间尺度：0-48小时，时间分辨率：15分钟 主要用于：合理安排常规机组发电计划，解决电网调峰问题。 超短期预测 预测时间尺度：0-4小时、15分钟滚动预测，时间分辨率： 15分钟 主要用于：实时调度，解决电网调频问题。 38 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 风电功率预测技术 开发了国内首套 具有完全自主知 识产权的风电功 率预测系统 WPFS1.0 39 - 39 - 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 江苏风电功率预测模型运行结果 1000 900 实际功率 800 预测功率 装机容量 700 ) 600 W M ( 500 率 功 400 300 200 100 0 11-18 11-19 11-20 11-21 11-22 11-23 11-24 11-25 11-26 11-27 11-28 11-29 11-30 12-01 12-02 12-03 12-04 日期 风场名称 装机容量 均方根误差(%) 相关性系数 平均绝对误差(%) 误差小于20%的比例 大丰中电 188.25 11.39 0.82 8.39 0.92 东台国华 201 10.06 0.81 7.64 0.95 如东汉能 100 9.24 0.87 6.76 0.94 如东龙源 250.5 11.29 0.85 9.16 0.93 启东华能 91.5 11.18 0.82 8.75 0.95 启东龙源 100.5 12.45 0.82 8.66 0.88 40 风场总加 931.75 8.29 0.89 6.27 0.97 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 光伏发电、风光联合发电功率预测技术 国内已开发光伏发电功率预测系统，系统可单独运行；也可将光伏发电 功率预测系统嵌入风电功率预测系统，与风电功率预测系统联合运行。 41 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 风电调度运行技术 42 3、间歇性可再生能源并网技术解决措施 提高间歇性可再生能源发电接纳能力的调度运行措施 某省级电网接纳1200MW光伏发电后限电结果 1500 有预测 ） 没有预测 从外网受入功率(MW) 800 1000 1200 1400 W M （ 1000
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