考慮新能源接入的電力多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度

楊坤

摘 ?要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境污染日益加劇，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷提高，并且不可再生能源銳減，而新能源極具優(yōu)勢，既可再生又無污染，因此得到大力發(fā)展與應(yīng)用。通過新能源促進(jìn)發(fā)電技術(shù)更大發(fā)展，同時(shí)也帶給電力調(diào)度全新挑戰(zhàn)。在該文中，探究了新能源接入的電力多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度。

關(guān)鍵詞：新能源;接入;電力;多目標(biāo);優(yōu)化調(diào)度

中圖分類號(hào)：TK89 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的過程中，生活與工業(yè)用電呈現(xiàn)持續(xù)上漲趨勢，逐步顯現(xiàn)用電需求和電力供應(yīng)兩者的矛盾。長期以來應(yīng)用的供電模式將火力發(fā)電作為主體，因?yàn)榻┠昝禾抠Y源越來越少，并且日益加重因煤炭燃燒而導(dǎo)致的環(huán)境污染，所以目前正逐步向復(fù)合模式發(fā)展。多樣性已成為電力來源的重要特征，盡可能減少火力發(fā)電，全面發(fā)展各項(xiàng)新能源，主要包括水電、太陽能與風(fēng)電等，希望以此改善電力供應(yīng)現(xiàn)狀。

1 新能源發(fā)電技術(shù)

1.1 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)能所指的是因氣壓差異刺激大氣活動(dòng)而發(fā)散出動(dòng)能。就風(fēng)力發(fā)電而言，決定其可行性的因素有2項(xiàng)，一是風(fēng)能密度，二是可利用風(fēng)能年累計(jì)小時(shí)數(shù)。較強(qiáng)隨機(jī)性以及間歇性是風(fēng)能的突出特征。主要有2個(gè)方面的原因：其一，自然環(huán)境條件對(duì)風(fēng)能有決定性。具體而言包括地貌環(huán)境、大氣溫度以及大氣壓力，三者均會(huì)產(chǎn)生較大影響;其二，風(fēng)況具有不確定性，時(shí)有時(shí)無，風(fēng)速往往處于動(dòng)態(tài)變化之中，陸地通常白天風(fēng)速大，最大時(shí)間點(diǎn)為正午2點(diǎn)，夜間風(fēng)速小，最小時(shí)間點(diǎn)為凌晨6點(diǎn)，海洋水體溫度在夜間超過大氣溫度，由此導(dǎo)致大氣層熱穩(wěn)定性變化增大，而正午2點(diǎn)海洋風(fēng)速達(dá)到最小值，在凌晨6點(diǎn)風(fēng)速最大。

隨機(jī)性與間歇性決定了風(fēng)能作為一種電能來源具有較高的不確定性，且調(diào)控難度大。當(dāng)下，通過風(fēng)機(jī)切入和切出速度的設(shè)定和控制實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電的調(diào)度。在風(fēng)機(jī)切入速度小于風(fēng)速時(shí)，自動(dòng)裝置會(huì)在電網(wǎng)中接入風(fēng)機(jī)。在風(fēng)機(jī)切出速度與風(fēng)速一致時(shí)，為了防止損壞風(fēng)電機(jī)組及電網(wǎng)，將暫停發(fā)電。

1.2 太陽能發(fā)電

在太陽能內(nèi)部，核聚變持續(xù)發(fā)生，散發(fā)光和熱，極大能量向外釋放，到達(dá)地球之后的太陽輻射便為太陽能。通過研究相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，太陽還有51億年的壽命，在人類的認(rèn)知中太陽能作為一種環(huán)保能源永不枯竭。其強(qiáng)度有3項(xiàng)決定因素，一是強(qiáng)度，而是日照量，三是日照時(shí)間。當(dāng)前該能源的發(fā)電方式主要有2種，第一種是通過利用太陽能所產(chǎn)生的熱能達(dá)到發(fā)電的目的，具有較低效率;第二種是光伏發(fā)電，利用光電反應(yīng)，直接實(shí)現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化。其中，光伏發(fā)電目前的利用率較高，可以說太陽能發(fā)電具有廣闊前景，但投資成本及轉(zhuǎn)換效率等因素決定了該能源現(xiàn)在往往以小規(guī)模存在。

2 新能源作為發(fā)電來源帶給電力調(diào)度的問題

2.1 組成形式的問題

在我國，近些年新能源裝機(jī)以及發(fā)電量呈現(xiàn)逐年大幅上漲趨勢，對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生巨大影響。就風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電而言，其具有較為成熟的技術(shù)，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；_發(fā)及商業(yè)化應(yīng)用，在所有種類的新能源中，風(fēng)能和太陽能遙遙領(lǐng)先。對(duì)比其他國家，我國的風(fēng)電規(guī)模與光伏發(fā)電增長速度都位居榜首，光伏發(fā)電和并網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)容量現(xiàn)已超過一億千萬。不過，生物質(zhì)能和海洋能等新能源的存在形式通常為分散式，開發(fā)及應(yīng)用均淺嘗輒止，主要原因是缺乏經(jīng)濟(jì)效益、地理分布影響及發(fā)電技術(shù)水平有待提高等。

2.2 對(duì)調(diào)度性不利

新能源發(fā)電特征鮮明，主要包括波動(dòng)性及間歇性等，在將其并進(jìn)電網(wǎng)之后，勢必影響原來電網(wǎng)的穩(wěn)定性及安全性等，此時(shí)應(yīng)該有效協(xié)同配合。例如風(fēng)能發(fā)電，因?yàn)轱L(fēng)力時(shí)有時(shí)無，無法有效管控，在電網(wǎng)中并入風(fēng)電機(jī)組之后，因?yàn)閱适Щ蚋淖儠r(shí)段性功率，一定會(huì)對(duì)電力實(shí)時(shí)平衡造成嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性得不到有效保障。

自然條件同樣會(huì)對(duì)新能源發(fā)電產(chǎn)生巨大影響，導(dǎo)致其難以預(yù)測和調(diào)控。不過，各類發(fā)電方式受到影響的程度有高有低。雖然自然條件會(huì)對(duì)地?zé)崮墚a(chǎn)生影響，不過一般它在較長時(shí)間中可以確保穩(wěn)定性的能量來源。再者，因?yàn)闊嶂挡环€(wěn)定會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)能發(fā)電存在穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性等問題，而自然條件對(duì)其影響較小，可以比較容易的實(shí)施調(diào)控。對(duì)于風(fēng)能發(fā)電與太陽能發(fā)電，自然條件對(duì)其影響最大，目前新能源發(fā)電在并入電網(wǎng)后，可控性是其不穩(wěn)定性的主要影響因素。

總而言之，因?yàn)樾履茉唇尤腚娋W(wǎng)，且規(guī)模較大，在運(yùn)行與生產(chǎn)方面帶來重大挑戰(zhàn)，所以亟需以大規(guī)模新能源并網(wǎng)為對(duì)象，探究其電力調(diào)度，統(tǒng)籌所有發(fā)電能源，實(shí)現(xiàn)功率供給和需求的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡，達(dá)到安全運(yùn)行要求，進(jìn)而科學(xué)高效地應(yīng)用新能源。

3 新能源接入的電力多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度

3.1 構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型

在綜合考慮各種影響因素的基礎(chǔ)上，通過各類約束條件下數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建起多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，做好其可行性的計(jì)算驗(yàn)證工作，由此在方法方面為調(diào)度方案的系統(tǒng)制定提供有效指導(dǎo)。

3.2 短期電力調(diào)度

針對(duì)傳統(tǒng)電力調(diào)度來講，其電力來源比較穩(wěn)定，并且容易控制，主要為以負(fù)荷為基礎(chǔ)的可預(yù)測性，此外常規(guī)電源也具有較強(qiáng)確定性，由此制定電力優(yōu)化調(diào)度方案。在電網(wǎng)中接入強(qiáng)間歇性與難以調(diào)控的新能源，在較大程度上降低了電網(wǎng)穩(wěn)定性，使其處于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化中，增大發(fā)電功率預(yù)測難度。要確保電力穩(wěn)定，需要積極處理電力調(diào)度不確定因素，即預(yù)留相應(yīng)旋轉(zhuǎn)備用，減小引發(fā)系統(tǒng)備用缺乏與負(fù)荷喪失風(fēng)險(xiǎn)的概率。該調(diào)度方式將直接影響常規(guī)機(jī)組，導(dǎo)致其運(yùn)行長時(shí)間處于低效狀態(tài)，嚴(yán)重浪費(fèi)資源，新能源應(yīng)用效益有所降低，對(duì)運(yùn)行成本的節(jié)約非常不利。

3.3 建設(shè)備用電源，利用儲(chǔ)能設(shè)備，改善電源結(jié)構(gòu)布局

在新能源接入電網(wǎng)之后，要確保電力平衡，需要在電力系統(tǒng)中適當(dāng)加大調(diào)峰容量。在調(diào)峰能力較強(qiáng)且穩(wěn)定性較高的備用電源建設(shè)過程中，當(dāng)新能源處于不穩(wěn)定期時(shí)，需盡快完成調(diào)峰。與此同時(shí)，部分儲(chǔ)能設(shè)備在開發(fā)及應(yīng)用方面具有較強(qiáng)實(shí)用性，對(duì)此應(yīng)在新能源電力過剩時(shí)進(jìn)行電能存儲(chǔ)，當(dāng)功率喪失并且用電負(fù)荷達(dá)到高峰時(shí)，將其作為備用電源。對(duì)于新能源接入電網(wǎng)之后所產(chǎn)生的不確定性，該調(diào)度方式可以有效避免風(fēng)險(xiǎn)，不過在短時(shí)間中仍舊難以應(yīng)用，并且投資成本過高。

3.4 構(gòu)建智能化管理系統(tǒng)，建立市場機(jī)制，引進(jìn)高效需求側(cè)響應(yīng)

近年來，智能化電網(wǎng)不斷地發(fā)展，隨之帶來大規(guī)模集中或分散新能源電源群體。同時(shí)也出現(xiàn)了眾多具有可調(diào)度性的負(fù)荷群體。在電網(wǎng)調(diào)度方案中將其引入，能夠使個(gè)體單元和區(qū)域電網(wǎng)所存在的矛盾得到有效協(xié)調(diào)。在國外，為確保新能源接入電網(wǎng)之后的電力平衡，主要應(yīng)用側(cè)響應(yīng)機(jī)制。全面、高效應(yīng)用具有較強(qiáng)間歇性的能源，從整體上提高供電應(yīng)變能力及其可靠性。

4 結(jié)語

綜上所述，新能源接入電網(wǎng)后，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量、電壓調(diào)整以及電力穩(wěn)定性與安全性等。而新能源接入電力多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度發(fā)揮著不容小覷的作用，可以先整合能源結(jié)構(gòu)后再利用，使各項(xiàng)常規(guī)能源的調(diào)峰能力達(dá)到最大值，通過多種先進(jìn)手段的應(yīng)用有效控制風(fēng)電場，拓展跨區(qū)電力交易規(guī)模，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減少電力成本、綠色環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的目的。

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