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千萬級的大風電並網都存在什麼問題?

2017年10月15日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 24 ℃ 次

【嚴同的回答(144票)】:

這個問題挺有意思的。

在回答這個問題之前,先扯點別的東西,學習下他國經驗。

提及風電,言必稱丹麥,2013年丹麥電力有近4成來自於風力,這是個很誇張的數字。

那丹麥乃至歐美的風電並網和我國的大規模風電並網有什麼不同呢?

  • 數量級不同

中國所謂『大規模』指的是千萬千瓦級風場,而歐美的『大規模』指的是幾十萬千瓦級的風場;中國所說的『遠距離』指的是幾百上千公里的輸送,歐美的『遠距離』基本上在一百公里左右。以美國得克薩斯為例,在美國算是大型風場,其最大風電場僅為73萬千瓦,風電集中輸送也僅有上百公里。

  • 並網思路不同

我國風電存在「大基地建設,大規模送出」的思路,歐美則是「」分散接入,就地消納「的思路,這裡先不提好壞,只說事實。德國2006年風電場裝機容量小於50MW,接入110kV以下配電網規模約占總量的70%;丹麥風電機組主要接入30kV及以下網絡,2006年底丹麥風電裝機容量中,約88%接入低壓網絡和10~30kV配電網。

  • 能源結構不同

歐洲燃氣、燃油發電和水電比例大,調峰能力強。拿丹麥來說,丹麥的地理位置優越,北有水力發電站,南有火電發電廠。因此當風力不夠的時候,可以從挪威引進環保的水電。電力的互送非常頻繁,一年中,丹麥要進出口的電相當於該國總用電量的30%。而我國幅員遼闊,電源負荷分佈不均,而且電源以火電為主,調節能力相對較差,具體的下面細說。

  • 對電網的要求不同

歐洲風電基本是分散接入,對電網用戶側的智能化要求是比較高的,而歐洲電網也是圍繞這個方向在發展;而我國的大規模送出則是另一個課題了,面對的困難也不一樣。

所以,歐洲有些風電並網的經驗可以借鑒,但是很多困難卻是特殊的。

下面具體說說千萬級風電並網的問題。

  • 能源結構

上面已經提到了,這裡詳細的描述下。

風電大家都知道是具有波動性的,從一年中風電場每天平均輸出功率看,每天最大和最少發電量至少相差約40~50倍。從微觀上分析一天內的輸出功率變化,風電在24小時內仍處於非常不穩定狀態,輸出功率(兆瓦)在0~100之間隨機波動。

而且,夜晚用電負荷處於低谷時段風電發電出力往往較大,即使常規電源降出力,當風電規模達到一定程度(大於低谷用電負荷),也難免出現限電棄風。下圖為風電出力曲線和負荷需求曲線對照。

風電的波動性帶來的是它需要對應合理的電源進行調峰,從而來滿足負荷平衡。而我國以煤電為主的電網難以為風電做深度調峰的。2012年我國煤電發電量占總發電量的73.9%。而歐美國家的能源結構是以石油、天然氣等為主,其中美國27%是天然氣發電;英國燃氣發電比例更高達60%;北歐國家水電占90%。

所以,這些國家電網對風電並網容納能力遠高於我國,這是因為燃氣、燃油發電和水電的調峰能力比煤電強,在一定範圍內能有效減少風電波動對電網的危害。即便如此,美國、丹麥等西方國家也已遭遇大規模風電上網難的制約。

這是比較本質的問題。

  • 電網問題

這是中國大規模風電並網面對的特殊問題,當然,歐洲海上風電以後集中打捆送出也會需要到這個問題,但送出距離比我國近很多。

首先這個大規模並網的可行性需要論證,上千萬千瓦級超大型電源建設,涉及電力系統規劃的問題十分複雜,僅三峽工程電力輸出規劃就論證了十多年,因此,千萬千瓦級的風電項目大規模送出怎麼可能不需要充分論證?

對電網的影響,大概說來,試想下,有幾千台甚至上萬颱風力發電機組在同一接入點接入電網,風電輸送線路長度可能達到幾百甚至上千公里。風電出力的隨機波動導致線路無功的流向和規模頻繁變化,只依靠電網進行無功調節是無法滿足風電波動對電壓的影響的。另外,當風電機組低電壓穿越能力不足時,電網一個很小的故障,也可能使風電基地切除,可能造成重大電網事故。

即使論證可行,一般來說,電網的建設是遠遠滯後於風電建設的,具體實施起來也有很多困難。

拋開規模不談,歐洲的風電並網的電網適應性還是比較好的。

舉個例子,在星期六凌晨4點前後風電大發時,丹麥風電出力占負荷需求的比重可達95%以上,此時丹麥向北歐電網輸出電力,北歐電網通過跨國/跨區輸電網為丹麥電網提供備用,以保證電網安全穩定運行。而在星期六18點前後風速超過25m/s時,風機退出運行,風電場出力急劇下降,此時北歐電網向丹麥輸入大量電力,滿足負荷需求。

  • 其他問題

風電運行管理水平

這塊,歐洲水平是很高的,以西班牙和丹麥為代表。他們廣泛開展了風電功率預測工作,都實現了風電輸出功率的日前預測,西班牙規定風電出力預測誤差超過20%時將被罰款,2006年,西班牙絕大多數風電場發電量都銷售給了電網企業,只有不到5%的風電由於預測誤差超過20%,發電企業不願交罰金而採取了棄風措施。然後對風電場進行有效調控,如西班牙成立可再生能源電力控制中心(CECRE),對風電場進行有效監控和有序調控,水平非常高。

我國這方面就差強人意了。我國這方面就差強人意了。

電價等管理政策

這塊不太好說,畢竟國家不同。

就說德國吧,德國1991年頒布的《電力入網法》強制要求公用電力公司收購可再生能源電力,但1998年後德國電力行業市場化,銷售電價整體下降,為了緩解壓力,2000年4月德國出台了《可再生能源法》,核心政策調整為可再生能源強制入網,採用固定電價優先購買,並建立了可再生能源電力成本全網分攤制度。2009年1月,針對風電在電源結構中的比例不斷提高、對電網安全穩定運行影響日漸突出,又頒布了可再生能源法修正案(EEG2009),對部分情況下風電可不優先收購進行了規定。

可以看出,非常靈活,我國任重道遠。

或許可以期待下儲能?呵呵。

以上。

【楊帆的回答(29票)】:

幾點意見跟大家分享:

1、全國範圍內電源普遍過剩

電力系統必須保證同一時刻發電和負荷的平衡,風電固然有波動性,但考慮到負荷隨時間變化的情況,這種波動性實際上是可以視為一個負的負荷波動,現在棄風限電更重要的原因是電源的整體過剩。以遼寧省為例,省內火電裝機3000w,風電600w,紅沿河一期四台也投運,400w的核電,可調節的水電裝機小於200w,供熱期的直調火電機組占比60%,可調節的能力很小,再加上網架結構的一些問題,整個遼寧省的電源小時數都偏低,全國在03年缺電之後也是過剩情況。所以電源的普遍過剩,可調節能力低是主要問題,風電的波動性和電氣特性則是次要問題。

2、電氣特性問題

大規模風電脫網事故02、03年在德國和西班牙都出過,之後歐洲開始重視這個問題,大概05、06年開始低電壓穿越的改造,老機組的改造是非強制性的,電網按裝機出錢鼓勵改造;新機組的改造是強制性的,機組必須通過檢測,將檢測數據提交後進行整個風電場的仿真測試,完全通過後允許並網。國內基本仿照德國的路子,也是甘肅出了四次大的脫網事故後開始重視這個問題,現在是某中字頭的科研機構進行強制性的檢測,具體情況懂風電的也都清楚,不展開說了。

個人認為,低電壓穿越這個要求還是有必要的,尤其是千萬千瓦級的大風電基地,脫網的影響很大,但是具體的措施有待商榷。國內09,10年開始提這個事兒,11年出的事故,12年出了一個很嚴格的並網標準;而中國風電的大發展是05-06年開始的,等於發展了5-6年後發現我還要進行低電壓穿越改造,而且這種改造是一刀切的,不管新投產機組還是已有老機組;這就像我剛買了一輛國四標準的車沒多久,政府強制要求必須符合國五標準,不符合標準不能上路,而不管你的車是新購買還是現有的。總的來說技術要求的制定不能脫離技術現狀,否則會造成產業退步,一大批企業死在黎明前。

3、垃圾電

這個提法很有意思,除了電網公司之外沒聽過這樣的聲音,典型的屁股決定腦袋思維,居民生活用電負荷一樣波動性很大,也沒聽過垃圾負荷的說法。站在電網角度,當然希望每個電源都是可控可調節的,從冷備用到滿負荷只花很少時間。這也正好說明了電網對風電的認識還停留在低層次,至少有一部分人是這樣的。歐洲電網對風電的接納能力很高,丹麥年用電量20%是風電,曾經出現過國內某個時刻90%出力由風電提供,因此國內電網還是有很大消納潛力的,只不過認識不夠。

歐盟做過相關的研究,認為從整個社會的成本來說,風電的社會成本是遠遠低於火電的社會成本。國內的冬季霧霾這麼嚴重,說明火電還是有自身難以克服的缺陷。個人認為風電應該作為一個很重要的補充電源,無論是從環保角度還是從能源結構優化的角度,而對風電的評價不應該僅限於風電的高上網電價或電氣特性上。

有點跑題,歡迎指正。

【NailQian的回答(24票)】:

首先是前提,你能並網了,那麼視作發出來的電相位,頻率和波形都和電網的一致。

然後電網的負荷是由用戶決定的,按照統計做出來的調度曲線變化負荷,然後調節負荷的任務簡單的全部丟給電廠吧(真方便)。火電站,核電站和水電站都可以調節負荷水平,當然核電站一般不做調峰電站。火電站是通過調整燒的煤的數量,水電站是調節水的流量,核電站調節太麻煩不說。然後來了,風電調個毛啊,風速風向都不是你能決定的,有風你就有電,沒風就拉倒,風大發出來的電多,風小了發出來的電少,這電還怎麼供啊。

電網其實是允許有波動的啦,不可能全部電站穩定運行,所以一點小衝擊對於大電網來說還是可以接受的。所以小容量的風電接入電網沒關係,你這邊變,我那邊火電什麼的辛苦點變一下吧(這個電廠的人罵死你了,真是討厭)。但是大容量的風電接入系統就有問題了,不穩定,就是供電不可靠,會對電網產生衝擊,不穩定是電網最忌諱的,所以供電不可靠是限制風電發展的重要因素。

所以大電池是多麼的美好啊,有快大電池放在風電站充電,充滿了接電網,沒了再充,能解決儲能問題的風電才是好風電啊。

【知乎用戶的回答(1票)】:

直接並網得不償失.

風電應該先借助重力儲能(比如抽水/提拉重物等)裝置進行緩存,然後再發電並網.

【徐威的回答(11票)】:

首要問題就是風電發電不穩定,有風就有電,突然沒風了,腫麼辦啊?

所以就要解決風電的發電可靠性問題,目前兩個方向,一個是預測調度,一個是儲能。

預測好今天有風!風電並網以後,還是需要同樣功率的火電在後面保障,就是說如果風電突然停掉了,火電及時補上,所以十分浪費啊,風電並網的時候火電也是燒著煤呢!!!!

儲能就是把風電不穩定的發電儲存起來,然後穩定的向電網輸送能源,如果能高效經濟的解決大容量儲能問題,那麼風電就可以普及了。

【王柯的回答(0票)】:

這尼瑪就一973...

【李思遠的回答(2票)】:

風電號稱垃圾電。

能源安全中重要的組成部分就是能源的使用安全。火電的碳排放使得其並不安全,風電的波動性也讓其失去了使用安全,尤其是對電網不安全。

電網不要它出力的時候像頭牛似的出力,要它出力了,啪啪啪全脫網。

棄風現象非常明顯。

現在國家希望加強風電機組低電壓穿越能力,無功補償能力,目前在一直張北實驗呢。

還有就是互補,靠風光互補,風水互補來調節。

最重要還是電網的承載能力,新疆地區由於有世界最大的220千伏的電網,還有750千伏的特高壓+-800工程進度也非常快,所以新疆的風電消納做的也是最好的,在去年全國風電有效利用小時數普遍下降的情況下做到了不錯的增長。

目前新疆的政策就是風火打困聯合外送。算是解決問題的不錯的方案。

不過風機製造水平一直在提高,風電成本正在快速下降。火電由於脫硫設備改造,目前成本確實有提高。

市場煤計劃電的情況不會有大的改觀,預計2020年風電的價格足夠倒逼電網加強對風電的接入,加上超高壓輸電的成本也在下降,那會風電才能夠發揮優勢。

【陳旭的回答(7票)】:

回答下,大家看看合理不

1.千萬千瓦級別大型風電基地基本都位於內蒙,甘肅,新疆,青海等電網薄弱地區,在國家特高壓三縱三橫一環網架構設立之前風力發電基本上不要想發出來,發出來也沒法消納

2.現有風力發電機質量參差不齊,老式風機低電壓穿越改造有的尚未完成,風電基地無法保證單颱風機解列是否會影響整個風電基地

3.風力發電依賴風情嚴重,現有風功率預測技術準確率較低,調度中心不能完全依賴其做調度計劃

4.目前內蒙錫林郭勒盟新建特高壓項目參與風電業主基本為當地建有火力發電廠,採用風火打捆方式外送,自家火電廠為風電調峰,這可能是風電基地之後發展的趨勢

5.抽水蓄能電站方式儲能投資過大且僅參與調峰,目前除了國企很少有人上馬這個項目,目前新出現的風電制氫,固態儲氫技術有可能緩解大型風電基地並網難的問題

文筆過爛,水平一般,大家輕拍啊

【jeanwhitney的回答(3票)】:

風電發電不穩定,並網同步性難保證。不過我國近期率先研製出一套新的並網方案。交變直,多電廠合併不存在同步問題。然後直變交入網。化零為整,目前這一技術只有中國建設了

【LynneH的回答(5票)】:

風電發電的不穩定性導致其並網對電網衝擊很大。

剛好昨天看到一則新聞:

受接入技術條件限制,電網多年來一直無法承載大規模風電的接入。現有運行經驗表明,交流系統電壓波動是 「棄風」的主要原因之一。

風能、太陽能發電等新能源接入電網的最大障礙就是其間歇性和不確定性,而柔性直流輸電技術就像在電網接入了一個閥門和電源,可以有效地控制其上面通過的電能,隔離電網故障的擴散,而且還能根據電網需求,快速、靈活、可調地發出或者吸收一部分能量,從而優化電網的潮流分佈、增強電網穩定性、提升電網的智能化和可控性。

具體參見此鏈接 世界首個多端柔性直流輸電工程投運 解決風電接入難題

【胡曉陽的回答(1票)】:

風力發電受到地域,氣候等各方面的限制,雖然作為清潔能源,但也不會有很大發展。我國是產煤大國,火電在一定時間內,還是佔有相當大的比重,而替代火電這種高污染,高消耗的,只能是核電

【二吉的回答(0票)】:

最重要的問題絕逼是電壓不穩定啊

【劉小嘎的回答(0票)】:

電力系統要求電能供需守恆,以前有些地區發展風電是為了搞政績工程,以為可以關掉幾個火電廠,一年節約很多噸煤,投資了很多錢,結果發現火電廠根本不能停,風電也不能上網,煤還是燒那麼多。

【xinruiAng的回答(0票)】:

【王毅的回答(0票)】:

發電量不穩定吧,瞬間或短時間內電能過高吧,超出電網的需要,或者在幾個月內發電量過低甚至無電力輸出;建儲能電站能解決這些問題,蓄電池、水庫、還有啥機械的儲能電站,不同的儲能方式在成本、地理環境限制、維護等方面各有所長

標籤:-風能及風力發電 -電 -電力 -電氣工程 -風電


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