国家“863”专题课题资助

(2006AA05Z247)

风力发电接入电力系统科学与技术问题的研究报告人 张保会2008/10/24

目

录

一、前言 二、分散式能源及其发电的特点 三、接入电网产生的新科学与技术问题 四、应当开展的研究 五、结论

一、前言(1)我国在相当长的时期内，仍需要大量发展电力

我国目前发电能源结构以燃煤火电为主，占整个发电量的88.83% 。

探明的煤可供使用约60年。大气污染的主要来源是燃煤发电。

发展可再生能源电力技术是历史发展的必然！

一、前言(2)分布式能源发电2010年国际发展目标国 家 芬 兰 葡萄牙 荷 兰 法 国 丹 麦 西班牙 瑞 典 印度

发电比例(%) 31.5% 39% 9% , 21% 29 12.1% 15.7 10% 8.1% (2020年)。

中国

一、前 言(3)我国的新能源政策及风电发展 《可再生能源法》2006年1月1日生效。 “可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法”, 国家发改委 2006年实行。 风力发电装机容量年份 2004前 2005 2006 2007 增容(万千瓦) 总容量(万千瓦) 60 50.3 110 133.375 243 270 503

一、前 言(4)风电价格与传统火电价格比较2002 年 新疆 内蒙古 辽宁 山东 浙江 福建 广东 2008 年 新疆 内蒙古 辽宁 福建 宁夏 河北 山西 黑龙江 0.51 0.53 0.61 0.59 0.56 0.54 0.61 0.61 ( 1) 风 电 0.70 0.71 0.95 0.80 0.79 0.79 0.77 ( 2) 煤 电 0.32 0.35 0.45 0.45 0.50 0.55 0.60 ( 1) /( 2) , 218 202 211 178 156 143 132

风力发电在世界范围内的发展速度风电装机发展情况 100000 90000 80000装机容量( MW)

94123 250

74141 59091

200增长率(%)

70000 60000 50000 39431 40000 30000 20000 10000 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 年份 2003 2004 2005 2006 2007 7600 10200 170 224 268 13600 17400 346 402 469 567 764 1260 2604 6050 0 23900 50 31100 100 47620 150

中国风电 累计装机 容量 世界风电 累计装机 容量 中国风电 装机增长 率 世界风电 装机增长 率

世界风力发电能力每增加一倍，成本下降15% !单位：$cent/kwh35 30 25 20 15 10 5 0 1980 1982 1983 1986 1990 1995 2000 2004 2010E 2015E

国外微网接入电力系统示意

主系统10kV

10kV

380V

220V 220V

我国集团式风力发电场接入示意220kV 500kV

分 散 式 电 源 区

负 荷 区

110kV

330kV

二、分散式能源及其发电的特点(1)1、分布式能源的特点：能源分布的地理特性：不适易人群居住的地方能源 越丰富； 能量大小的随机性：在零与最大能量间变化，不会 根据人类的需要改变，不可控制。

能量的不可储存性：不像储煤场、水库和核反应堆 那样可以大容量储存一次能源，风能、太阳能目 前尚无大容量的储存方法。

二、分散式能源及其发电的特点(2)能量的低密度性：年风速大于

等于3m/s的小时数在 5000小时以上，其有效风能密度大于才等于 200W/m2。 不可运输性：风能、太阳能和海洋能等是不能运输 的，生物质能由于其能量密度太低其运输成本也是 巨大的。 以上特点与石化能、核能等能量密度高、可存储、 易运输、可控制使用等特点有极大差别。

二、分散式能源及其发电的特点(3)2、分布式能源电力的特点：

电厂不在负荷中心：在一次能源丰富的地方。单机容量小： 风力发电单机5MW一下。

发电功率大小的随机性：尽可能利用装机出力，随一次能量随机变化。

接入电网终端点：由于容量小、位于偏远地区，接入配电网。

二、分散式能源及其发电的特点(4)丹麦年风力发电曲线

三、接入电网产生的新科学与技术问题(1)风力发电接入电力系统有什么科学问题？50Hz?

(随机电源)

110kV?

50Hz?

(随机负荷)

110kV?

两组相互独立的随机变量难以实时平衡！

三、接入电网产生的新科学与技术问题(2)随机发电能力与随机用电需求难以平衡！MW

P (M W )

3

3

曲线1风力发电能力、曲线2负荷需求、曲线3常规发电出力

解决风力发电接入电力系统的科学方法是什么？

P(随机)

50Hz

(随机负荷)110kV

(随机电源)

(可控电源)

一组随机发电能力叠加一组可控发电能力跟踪负荷随机变化，使电能实时平衡！

三、接入电网产生的新科学与技术问题(4)基本科学问题:

一组随机变量叠加一组可控变量，与另一组随机变量平衡的科学问题。

随机变量和叠加的可控变量的比例多大？可控变量是什么？才可能 与另一组独立变量平衡、经济的平衡？

两组弱相关的随机变量在正常状态下如何调用才能实时的安全、经 济平衡？

事故状态下如何控制可控变量、负荷变量、网络切换才能安全运行？

三、接入电网产生的新科学与技术问题(5)核能工厂

燃气能 L L S 太阳能

D

S

风能

燃煤

水能

风能

燃气能

小水能

其中，L表示整流负荷、D表示交流负荷、S表示储能装置

四、应当开展的研究(1)

在尽可能多的利用随机能源的前提下，研究随机 发电能力与可控发电能力随负荷发展的优化规划。 在尽可能经济和安全的前提下，研究正常运行时 最大限度的利用随机电能的分析理论和调度技术；

研究在电力系统遭受扰动后，保持系统安全、稳 定运行的理论方法、自动装备和技术手段。

四、应当开展的研究(2)分散式能源发电的优化规划及其可靠性评估1) 单风场、区域内风场风能的预测及可用度模型。 2) 单风电场、区域内风电场电力、电量可用度模 型。 3) 风电力、电量与常规电力、电量的优

化规划。

4) 风电场容量和场址选择。