南網新能源發(fā)展現(xiàn)狀及并網關鍵技術研究

楊蘋，許志榮，鄭群儒，張育嘉

(1.華南理工大學電力學院，廣東廣州510640；2.風電控制與并網技術國家地方聯(lián)合工程實驗室，廣東廣州511458；3.華南理工大學廣東省綠色能源技術重點實驗室，廣東廣州511458)

南網新能源發(fā)展現(xiàn)狀及并網關鍵技術研究

楊蘋1,2,3，許志榮1,2,3，鄭群儒1,2,3，張育嘉1,2,3

(1.華南理工大學電力學院，廣東廣州510640；2.風電控制與并網技術國家地方聯(lián)合工程實驗室，廣東廣州511458；3.華南理工大學廣東省綠色能源技術重點實驗室，廣東廣州511458)

隨著能源短缺問題日益顯現(xiàn)、環(huán)境污染問題日益加劇，發(fā)展新能源發(fā)電技術能讓經濟、環(huán)境和社會發(fā)展多方受益。近年來，在政府的扶持下，南方電網區(qū)域的新能源發(fā)電產業(yè)進入了快速發(fā)展的階段。調研了南方電網區(qū)域新能源的利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，分析南方區(qū)域新能源應用所存在的問題，并結合南方電網區(qū)域新能源并網應用現(xiàn)狀，歸納出新能源并網需要研究的關鍵技術問題，為制定新能源發(fā)電接入電網的標準規(guī)范和改進調度控制技術提供基礎和依據，對推動南方區(qū)域新能源大規(guī)模的發(fā)展具有參考意義。

南方電網；新能源；并網技術

開發(fā)利用新能源對解決當今世界環(huán)境污染與資源短缺問題、實現(xiàn)節(jié)能減排、緩解能源危機具有非常重要的意義[1-2]。近年來我國新能源產業(yè)進入了快速發(fā)展時期，我國政府重點支持新能源發(fā)電，大力推進風電規(guī)?；l(fā)展，積極支持太陽能光伏發(fā)電應用[3-5]。在能源問題逐步加劇與新能源快速發(fā)展的背景下，加強對南方區(qū)域新能源發(fā)展現(xiàn)狀及并網關鍵技術的調研具有重要意義[6-7]。

新能源發(fā)電受環(huán)境影響大，具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，而且容量小、功率不穩(wěn)定、獨立向負荷提供可靠供電的能力弱，會對電網造成波動。新能源發(fā)電影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的缺點將是其發(fā)展中的主要障礙[8-9]。因此，推進新能源成為未來的主導能源，必將面臨如何解決以新能源發(fā)電為主導電源的電網安全性、穩(wěn)定性、可靠性等多方面的問題，研究解決新能源并網關鍵技術成為新能源發(fā)展的迫切需要[10]。

根據南方電網“十二五”規(guī)劃，新能源在南方電網區(qū)域內將獲得較大發(fā)展。為了配合新能源在南方電網區(qū)域內的大規(guī)模發(fā)展，一方面需要調研南方電網區(qū)域新能源利用狀況、并網技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，歸納分析全網新能源運行存在的問題；另一方面，有必要研究新能源并網關鍵技術和電網調度控制技術，為南網制定相關技術標準和政策提供技術支持，推動新能源在南方電網區(qū)域內快速發(fā)展。

1 南網區(qū)域新能源應用情況及存在的問題

從儲量和開發(fā)技術的成熟度角度考慮，本文主要討論了南方五省區(qū)光伏發(fā)電、風能發(fā)電和生物質能發(fā)電的應用情況，并針對當前的新能源開發(fā)利用情況指出南網區(qū)域在開發(fā)應用新能源過程中所存在的一些突出問題。

1.1 南方區(qū)域光伏發(fā)電現(xiàn)狀

截至2013年8月，南方五省區(qū)域內已投產光伏發(fā)電項目裝機容量共22.4萬千瓦。其中廣東、廣西、云南、海南省內已投產的光伏發(fā)電項目裝機容量分別為7.5、3.8、6和5萬千瓦，項目年利用小時數分別為1 000、1 000、1 300～1 400和1 200～1 300 h。貴州已投運130 kW，全部用于解決邊遠山區(qū)居民用電問題。五省區(qū)裝機容量如圖1所示。

圖1 南網五省區(qū)光伏發(fā)電裝機容量對比

南方電網區(qū)域的太陽能發(fā)電以太陽能光伏發(fā)電為主，主要位于廣東、云南和海南。

(1)廣東省

廣東省處于低緯度地區(qū)，屬于全國太陽能資源Ⅲ類和Ⅳ類地區(qū)，太陽能資源較為豐富。在2013年11月國家能源局發(fā)布的2014年各省光伏發(fā)電規(guī)模預方案中，廣東省分布式光伏配額為100萬千瓦，預計到2015年底，廣東省光伏并網裝機總容量將超過250萬千瓦。

(2)云南省

云南省太陽能資源豐富，現(xiàn)已經成為我國太陽能利用研究、生產和推廣的重要市場，云南省規(guī)劃建設地面光伏電站總裝機容量為65.2萬千瓦，其中43.2萬千瓦計劃于“十二五”期間建成。

(3)海南省

海南地處北回歸線以南，日照時間長，太陽能資源豐富，大氣潔凈透明度好，光穿透力強，全省太陽能資源理論儲量為2.3萬GWh/年，理論裝機容量為25 253 MW。其中可利用量約為113.4萬MWh/年，可利用裝機為1 262 MW。海南省年平均太陽輻射總量為5 100～6 300 MJ/m2，年日照時數為1 750～2 650 h，光照率為50%～60%。

結合海南省的太陽資源條件、電力市場消納能力及可利用土地面積等建設條件，預測到2020年海南省的太陽能發(fā)電規(guī)劃建成規(guī)模將達到105萬千瓦。

1.2 南方區(qū)域風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

截至2013年8月，南方電網五省區(qū)域內已投產風力發(fā)電項目裝機容量共459.61萬千瓦，均為陸上風電。其中廣東、廣西、云南、貴州、海南省內已投產的風力發(fā)電項目裝機容量分別為162.2、12.75、159.9、94.46和30.3萬千瓦，年平均利用小時數分別約1 641、2 121、2 620、1 335和1 812 h。圖2為南網五省區(qū)風電裝機容量對比。

(1)廣東省

廣東省具有豐富的陸上風能資源和海上風能資源，風電開發(fā)潛力巨大。廣東省陸上風能理論儲量7 500萬千瓦，風資源豐富區(qū)的陸地面積達4 200平方公里，按全部利用計，可裝機容量約1 700萬千瓦，其中風能資源高產區(qū)的陸地面積1 800平方公里，按全部利用計，可裝機容量約700萬千瓦。

圖2 南網五省區(qū)風電裝機容量對比

廣東省沿海及島嶼風速大，面積廣，風力資源潛力巨大，3 300多公里的海岸線是風能資源最豐富的地區(qū)。年平均風速6～9 m/s或以上，有效風功率密度普遍在200～400 W/m2以上，有的地區(qū)達400～700 W/m2，有效發(fā)電時間約7 500 h，約占全年時間的85%。離岸40 km風能資源總儲量約為9 000萬千瓦，近期可裝機容量達550～600萬千瓦，每年可發(fā)電100～120億kWh，開發(fā)潛力相當大。尤其是粵東海域，風能資源豐富，品質較好，具有很高的并網開發(fā)價值。

(2)云南省

云南省位于高原地區(qū)，地形復雜，風速的地形效應非常顯著，風速隨海拔高度增大而增大，在壩區(qū)邊緣海報較高的山地上風能資源最為豐富。截止2013年8月份，云南省已投產風電場23座，裝機容量為159.9萬千瓦，2013年1～8月累計上網電量27.9億kWh。

(3)貴州省

貴州省的風能資源主要分布于中部和西部，分布相對零散復雜?；陲L能資源長期數值模擬及GIS空間分析，貴州省70 m高度大于200 W/m2的技術開發(fā)面積為2 769平方公里，技術開發(fā)量為770萬千瓦；大于250 W/m2的技術開發(fā)面積為2 002平方公里，技術開發(fā)量為558萬千瓦；大于300 W/m2的技術開發(fā)面積為1 630平方公里，技術開發(fā)量為456萬千瓦；400 W/m2以上區(qū)域的技術開發(fā)面積為568平方公里，技術開發(fā)量為157萬千瓦。

1.3 生物質能

截至2013年8月，南方五省區(qū)內已投產的生物質能發(fā)電項目裝機容量共91.43萬千瓦，廣東、廣西、云南、海南分別為74.33萬、12.61萬、1萬和3.5萬千瓦。項目年利用小時數分別為3 000～5 000、2 112.8、3 231.3和5 851 h，貴州省尚無生物質能發(fā)電項目。圖3為南網五省區(qū)生物質能發(fā)電裝機容量對比。

雖然南方電網區(qū)域的生物質能在過去的幾年里得到了一定程度的開發(fā)利用，但是生物質能的利用目前仍然存在缺乏成熟技術支持和詳細開發(fā)規(guī)劃的問題。

1.4 南方區(qū)域新能源應用所存在的問題

目前南方電網五省區(qū)新能源電源裝機和發(fā)電量比重較小，尚未形成規(guī)?；瘧?，在開發(fā)應用過程中存在統(tǒng)一規(guī)劃力度不夠、產業(yè)技術研發(fā)能力不足、資金投入有限、開發(fā)成本較高、依賴政策等問題，需要在未來的新能源發(fā)展中引起足夠重視并設法解決。

圖3 南網五省區(qū)生物質能發(fā)電裝機容量對比

2 新能源發(fā)電并網關鍵技術的研究及分析

無論是規(guī)模化新能源并網，還是分布式新能源并網，都將對電網的安全穩(wěn)定運行帶來一定的影響，并減弱現(xiàn)有電網運行管理方法的適應性，從而威脅到電網運行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，因此，開展電源側新能源并網關鍵技術相關研究具有重要意義。表1分析了新能源發(fā)電系統(tǒng)并網電源側的關鍵技術，所有電源側關鍵技術的目的都是為了保證新能源發(fā)電系統(tǒng)的平穩(wěn)出力，以保障新能源電站的穩(wěn)定高效運行。

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新能源大規(guī)模并網不僅需要在電源側對具有隨機性和波動性的新能源發(fā)電微源進行控制，還需要完善并網的電網調度控制技術。電網調度控制技術是實現(xiàn)新能源電站優(yōu)化運行管理的關鍵，能量管理與調度系統(tǒng)性能的好壞直接關系到整個新能源電站的運行效率與安全性。表2分析了新能源發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模并網的電網調度控制技術。

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3 主要建議

隨著新能源的大規(guī)模發(fā)展接入，促進電網和新能源協(xié)調發(fā)展，加強調度運行管理，服務新能源發(fā)展是南方電網區(qū)域企業(yè)適應能源結構變化和新能源格局要求的必然選擇。結合南方電網區(qū)域新能源并網應用現(xiàn)狀和并網關鍵技術研究，從技術和管理層面提出如下建議：(1)積極研究和吸納新技術，以提高新能源的并網性能。(2)提高風電、太陽能等出力預測精度。(3)完善并網檢測機制。(4)科學合理研究規(guī)劃新能源接入容量。(5)統(tǒng)籌規(guī)劃并加快電網建設，促進協(xié)調新能源發(fā)展。(6)加強調度管理，逐步規(guī)范新能源發(fā)電運行要求。(7)完善技術標準，加快研究新能源發(fā)電調度技術。

4 結論

近年來，國內外新能源都得到快速發(fā)展，風力發(fā)電和光伏發(fā)電在國內特別是南網區(qū)域發(fā)展尤為迅猛，隨著國家對新能源發(fā)展的鼓勵和大力支持，“十二五”期末，南方區(qū)域的風力發(fā)電和光伏發(fā)電裝機規(guī)模都將翻倍增長，勢必進一步影響電網運行。在調研南網區(qū)域五省區(qū)光伏發(fā)電和風能發(fā)電現(xiàn)狀以及分析南方區(qū)域新能源應用所存在問題的基礎上，歸納出新能源并網需要研究的關鍵技術問題，有助于制定標準的新能源發(fā)電并網規(guī)范和改進調度控制技術，最終針對南網區(qū)域企業(yè)適應能源結構變化和新能源格局要求提出了建議和意見，推動了南網區(qū)域新能源產業(yè)的發(fā)展。

[1]張偉波，潘宇超，崔志強，等.我國新能源發(fā)電發(fā)展思路探析[J].中國能源，2012，34(4)：26-28.

[2]邢運民，張文娟.新能源與可再生能源發(fā)電技術的發(fā)展[J].西華大學學報：自然科學版，2007，26(1)：50-52.

[3]李景明，王紅巖，趙群.中國新能源資源潛力及前景展望[J].天然氣工業(yè)，2008，28(1)：149-153.

[4]閆強，王安建，王高尚，等.我國新能源產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].商業(yè)時代，2009(26)：105-107.

[5]國務院發(fā)展研究中心“重點產業(yè)調整轉型升級”課題組.新能源產業(yè)的發(fā)展思路和政策建議[J].中國發(fā)展評論：中文版，2010(1)：30-37.

[6]王久玲.南方電網的實踐與展望[J].中國電力，2006，39(3)：1-4.

[7]祁達才.建設高效節(jié)能的現(xiàn)代化南方電網[J].南方電網技術，2007，1(2)：1-5.

[8]盧勇.新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的應用[J].云南電力技術，2010，38(3)：91-94.

[9]呂志盛，閆立偉，羅艾青，等.新能源發(fā)電并網對電網電能質量的影響研究[J].華東電力，2012，40(2)：251-256.

[10]薛媛，陳哲照，王濤，等.新能源發(fā)電并網系統(tǒng)的控制策略[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2008，36(13)：11-14.

Development status and key grid-connected technology research of new energy in CSG

YANG Ping1,2,3,XU Zhi-rong1,2,3,ZHENG Qun-ru1,2,3,ZHANG Yu-jia1,2,3
(1.College of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 510640,China;2.State Local Joint Engineering Laboratory of Wind Power Control and Grid Connected Technology,Guangzhou Guangdong 511458,China;3.Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 511458,China)

The development of new energy generation technology is of great benefit to economy,environment and society along with energy shortage and serious environmental pollution.New energy generation industry in CSG area has entered a stage of rapid development under the government's support.The development status and development tendency of new energy in CSG area were researched and the current existing problem was analyzed,then the key grid-connected technology needed to be studied was summarized,providing the underlying basis for making grid-connected standard specification and improving the scheduling control technology.All this research is of great significance for promoting the development of new energy in southern area.

CSG;new energy;grid-connected technology

TM 61

A

1002-087 X(2016)08-1741-04

2016-01-06

國家高技術研究發(fā)展計劃(“863”計劃，2014AA052001)；國家自然科學基金項目(61273172)；廣東省戰(zhàn)略性新興產業(yè)核心技術攻關項目(2012A032300013)

楊蘋(1967—)，女，廣西壯族自治區(qū)人，博士，教授，主要研究方向為新能源并網發(fā)電控制。E-mail：eppyang@scut.edu.cn.