基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法，該方法中可再生能源發(fā)電裝置以非并網(wǎng)的形式為智能負(fù)載供電；所述智能負(fù)載是輸入電流大幅度波動(dòng)只影響產(chǎn)品產(chǎn)量而不影響產(chǎn)品質(zhì)量并且在較寬的范圍內(nèi)保持電流效率不變的高耗能負(fù)載；當(dāng)公用電網(wǎng)處于峰時(shí)段時(shí)，按照預(yù)設(shè)的最小電量給所述智能負(fù)載供電；當(dāng)公用電網(wǎng)處于谷時(shí)段時(shí)，公用電網(wǎng)取消對(duì)智能負(fù)載電量按照預(yù)設(shè)的最小電量供電的限制。該方法能夠適應(yīng)可再生能源發(fā)電裝置的波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，并能夠充分利用電網(wǎng)的峰谷電價(jià)差提高承擔(dān)智能負(fù)載企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，輔助電網(wǎng)進(jìn)行深度調(diào)峰。
【專利說(shuō)明】基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法，屬于電力控制技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)總量不斷躍上新臺(tái)階。伴隨著 經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)的電力需求也迅速增長(zhǎng)。2012年我國(guó)全社會(huì)用電量達(dá)到了 49591億 千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)5. 5%。從1980年至2012年，我國(guó)全社會(huì)用電量增長(zhǎng)16. 8倍，年均增長(zhǎng) 9. 2%。
[0003] 在節(jié)能減排日益嚴(yán)峻的形勢(shì)下，對(duì)各種可再生能源的開(kāi)發(fā)利用受到各國(guó)重視。中 國(guó)目前是國(guó)際潔凈能源的巨頭，是世界上最大的太陽(yáng)能、風(fēng)力與環(huán)境科技公司的發(fā)源地。類 似的可再生能源還包括生物能、水能、地?zé)崮?、氫能等等?br>
[0004] 下面僅以風(fēng)能為例進(jìn)行說(shuō)明，其他形式的可再生能源與風(fēng)能類似。風(fēng)能作為一種 清潔、無(wú)污染的可再生能源，其開(kāi)發(fā)和利用被認(rèn)為是世界能源戰(zhàn)略的重要組成部分。目前 世界上大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用方式主要以風(fēng)電并網(wǎng)為主，風(fēng)能的利用主要按照"風(fēng)輪-發(fā)電 機(jī)-電網(wǎng)-用戶（負(fù)載)"的路線來(lái)進(jìn)行，其中電網(wǎng)是風(fēng)電的負(fù)載和用戶的電源。但是由于風(fēng) 電的不穩(wěn)定性和波動(dòng)特性，大規(guī)模風(fēng)電上網(wǎng)還存在著現(xiàn)階段難以克服的技術(shù)障礙，風(fēng)電對(duì) 電網(wǎng)貢獻(xiàn)率難以超過(guò)10%已經(jīng)成為一個(gè)世界性難題。同時(shí)，風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)風(fēng)力機(jī)提出了滿足 電網(wǎng)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和穩(wěn)相的要求，由此大幅度增加了風(fēng)力機(jī)制造成本和風(fēng)電價(jià)格，使風(fēng)電的大 規(guī)模應(yīng)用受到限制。
[0005] 中國(guó)具有豐富的風(fēng)能資源，我國(guó)可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)化石能源(煤炭、 石油、天然氣）之和，現(xiàn)已確定的陸地50米高風(fēng)能可利用儲(chǔ)量為23. 8億千瓦。2011年底， 新增風(fēng)電裝機(jī)容量1763萬(wàn)千瓦，占全球總增量的40%，風(fēng)電裝機(jī)總量已達(dá)6270萬(wàn)千瓦，保持 全球領(lǐng)先地位。風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性、間接性，大規(guī)模風(fēng)電接入導(dǎo)致電網(wǎng)等效負(fù)荷峰谷差變 大，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來(lái)沖擊。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以上特點(diǎn)使風(fēng)電的消化利用成為 難題。風(fēng)電并網(wǎng)的問(wèn)題變得日益凸顯。就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)有相當(dāng)一部分的風(fēng)電沒(méi)有實(shí)現(xiàn)并 網(wǎng)發(fā)電。
[0006] 并網(wǎng)已成為制約風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展的主要瓶頸，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ： (1)風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性導(dǎo)致現(xiàn)有條件下難以大規(guī)模有效利用。
[0007] (2)風(fēng)能資源豐富的地區(qū)以及風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)，主要分布在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的邊遠(yuǎn)地 區(qū)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，大規(guī)模風(fēng)電的接入導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定。
[0008] (3)風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)風(fēng)機(jī)必須滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)相位等10多種技術(shù)參數(shù)要求， 使風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)不得不復(fù)雜化，由此增加了風(fēng)機(jī)制造成本、風(fēng)電價(jià)格和故障概率。
[0009] (4)由于風(fēng)電的隨機(jī)性，電網(wǎng)要求穩(wěn)定安全運(yùn)行，因此，風(fēng)電場(chǎng)接入要滿足相應(yīng)的 技術(shù)規(guī)范。同時(shí)，為了做到電網(wǎng)合理調(diào)度，保證供電質(zhì)量，要求提供風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量短期預(yù)報(bào) 和考慮建設(shè)一定的配套措施。如電網(wǎng)必須要有大量相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用電源等，從而導(dǎo)致總投 資增加。
[0010] (5)大容量風(fēng)電的接入會(huì)影響電網(wǎng)的調(diào)度和運(yùn)行方式、頻率控制、電壓調(diào)整、電能 質(zhì)量，以及電網(wǎng)的故障水平和穩(wěn)定性等。由于風(fēng)力發(fā)電固有的間歇和波動(dòng)性，電網(wǎng)的可靠性 可能降低，電網(wǎng)的運(yùn)行成本增加。為了克服風(fēng)電給電網(wǎng)帶來(lái)的電能質(zhì)量和可靠性等問(wèn)題，還 會(huì)使電網(wǎng)公司增加必要的研究費(fèi)用和設(shè)備投資。
[0011] 在沒(méi)有水電或燃?xì)獍l(fā)電等調(diào)峰的情況下，目前風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)貢獻(xiàn)率難以超過(guò)1〇%，當(dāng) 所占比例超過(guò)10%以后，對(duì)局部電網(wǎng)將產(chǎn)生明顯沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)大規(guī)模惡性事故。2012 年11月，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司共發(fā)生28次風(fēng)電非正常脫網(wǎng)。這也促使研究者們研究風(fēng)電與 電網(wǎng)內(nèi)在耦合機(jī)理和運(yùn)行規(guī)律，以期提高風(fēng)電的利用率。
[0012] 為了充分利用風(fēng)電，并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行深度調(diào)峰，國(guó)外提出了 "智能發(fā)電"的概念。所 謂"智能發(fā)電"是指發(fā)電廠根據(jù)終端負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)整發(fā)電量，主要實(shí)施途徑是通過(guò)燃 氣、水電等發(fā)電的調(diào)峰來(lái)滿足負(fù)荷的變化。歐美國(guó)家的水資源和燃?xì)赓Y源比較豐富，發(fā)電機(jī) 組以水電和燃?xì)鉃橹?，調(diào)峰比較容易，這有利于風(fēng)電的規(guī)模化應(yīng)用。2007年美國(guó)天然氣發(fā)電 占39. 5%，燃油發(fā)電占5. 6%，美國(guó)快速調(diào)節(jié)電源占50%。2008年德國(guó)燃?xì)狻⑷加秃统樗钅?約占總裝機(jī)容量的25%，其它可調(diào)電源占8%，德國(guó)快速可調(diào)電源約占25%。
[0013] 以西班牙為例，該國(guó)擁有十分豐富的風(fēng)能資源，據(jù)西班牙風(fēng)能協(xié)會(huì)（AEE)最新統(tǒng) 計(jì)，截至2009年底，該國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1826萬(wàn)千瓦，占總裝機(jī)容量的18. 5%。并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng) 已超過(guò)500個(gè)。2001?2009年，風(fēng)電裝機(jī)容量年均增長(zhǎng)23. 4%，占裝機(jī)總量的比重提高了 12. 4個(gè)百分點(diǎn)。
[0014] 2009年，西班牙風(fēng)力發(fā)電量為358億千瓦時(shí)，占全國(guó)總發(fā)電量的12. 5%，較2001年 提高了 9. 6個(gè)百分點(diǎn)。2001?2009年，風(fēng)力發(fā)電量年均增長(zhǎng)23. 2%。2009年12月8日3 時(shí)59分，瞬時(shí)風(fēng)電出力達(dá)到全國(guó)電力負(fù)荷的53. 7% ;當(dāng)日風(fēng)力發(fā)電量高達(dá)2. 52億千瓦時(shí)， 占當(dāng)日全國(guó)電力消費(fèi)量的44. 9% ;當(dāng)月風(fēng)電比例也高達(dá)22. 7%，首次超過(guò)核電（19. 5%)。
[0015] 西班牙的風(fēng)力發(fā)電占總發(fā)電總量如此之高，很重要的原因是電力系統(tǒng)具備較好調(diào) 峰能力。為了適應(yīng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電量不斷提高的需要，西班牙近年來(lái)大力發(fā)展具有深 度調(diào)峰能力的燃?xì)鈾C(jī)組、油氣混合燃料機(jī)組，積極推動(dòng)抽水蓄能機(jī)組建設(shè)。截至2009年底， 具備良好調(diào)峰性能的裝機(jī)達(dá)3497萬(wàn)千瓦，占總裝機(jī)容量的35. 5%，有效提升了電力系統(tǒng)的 調(diào)峰能力。
[0016] 但是，我國(guó)的能源是以煤炭資源為主，其主要特點(diǎn)為"富煤、少油、缺氣"，絕大部分 的電能來(lái)源于火力發(fā)電。我國(guó)風(fēng)電發(fā)展較為集中的"三北"地區(qū)電源結(jié)構(gòu)都是以火電為主， 調(diào)節(jié)能力不強(qiáng)。華北、東北火電比例占80%以上，且供熱機(jī)組較多。截至2011年底，全國(guó)火 力發(fā)電裝機(jī)容量總計(jì)76546萬(wàn)千瓦，約占總裝機(jī)容量的72. 5%，全年新增火電裝機(jī)容量5886 萬(wàn)千瓦，火電發(fā)電量38975億千瓦時(shí)，占全國(guó)總發(fā)電量的82. 56%。我國(guó)豐富的煤炭資源稟賦 決定了我國(guó)將在較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)保持以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)。
[0017] 相對(duì)于水電和燃?xì)獾葯C(jī)組來(lái)說(shuō)，火電機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)具有大滯后，大遲延特性， 不宜進(jìn)行深度調(diào)峰。而且隨著機(jī)組出力的下降，其煤耗也相應(yīng)大幅度增加。如果火電機(jī)組 參與調(diào)峰，將會(huì)出現(xiàn)煤耗上升和發(fā)電機(jī)組效率下降、經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重下滑的情況。表1顯示了某 超臨界火電機(jī)組在不同的出力條件下，出力每下降100MW煤耗的上升值。當(dāng)超臨界火電機(jī) 組參與調(diào)峰出力下降50%時(shí)，度電煤耗增加44克，上升13. 6%，機(jī)組已進(jìn)入虧損狀態(tài)。
[0018] 表1超臨界火電機(jī)組出力每下降l〇(MW煤耗的上升值
【權(quán)利要求】
1. 一種基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法，其特征在于：可再生能源發(fā)電裝 置W非并網(wǎng)的形式為智能負(fù)載供電； 所述智能負(fù)載是輸入電流大幅度波動(dòng)只影響產(chǎn)品產(chǎn)量而不影響產(chǎn)品質(zhì)量并且在較寬 的范圍內(nèi)保持電流效率不變的高耗能負(fù)載； 當(dāng)公用電網(wǎng)處于峰時(shí)段時(shí)，按照預(yù)設(shè)的最小電量給所述智能負(fù)載供電； 當(dāng)公用電網(wǎng)處于谷時(shí)段時(shí)，公用電網(wǎng)取消對(duì)智能負(fù)載電量按照預(yù)設(shè)的最小電量供電的 限制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法，其特征在于： 所述智能負(fù)載為電解鉛裝置、海水淡化裝置、規(guī)模化制氨裝置、鹽化工裝置、鐵合金冶煉裝 置和/或抽油裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法，其特征在于： 所述可再生能源發(fā)電裝置為風(fēng)力發(fā)電裝置、太陽(yáng)能發(fā)電裝置和/或潮欽發(fā)電裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電的電力控制方法，其特征在于： 所述可再生能源發(fā)電裝置采用禪合控制技術(shù)為智能負(fù)載供電。
【文檔編號(hào)】H02J3/12GK104348159SQ201310312707
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】顧為東 申請(qǐng)人:顧為東