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形式主义官僚主义十种表现 “江苏电网2020”十种情景及最优选择——风电弃风管理情景

来源:北极星风力发电网2018-08-18 23:5688
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本章展示了模拟试验的结果。为了检验结论的稳固性,我们在不同情境下输入的假设也不尽相同,本章也会解释这些额外的情景。

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情景假设摘要

表4总结了每个情景背后的假设

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情景结果摘要

总体结果图表5、图20和图21所示

 

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我们在对以下部分进行更细致的分析之前对以上情景大致做个对比。

在高负荷增长的情景下

假设没有在建可再生能源发电厂,可以看到负荷增加带来的影响即:为了应对2020年130吉瓦的峰值负荷,必须打张137条220千伏线路以应对更高的负荷。

在基准情景下

额外的30吉瓦风电,30吉瓦的光伏发电和3吉瓦生物质能仅会增加500千伏线路的扩张,以将风电从海岸输送到江苏南部负荷中心地带。

在可再生能源+DLR情景下

可以使用智能电网技术DLR而不需要大规模扩张500千伏线路来输送风电,同时只增加6800万元的成本(成本过小已无法在表中显示)。

在风电管理情景下

即便考虑到电网设备在40年使用周期内,弃风弃光的成本超过电网设备节省的成本(见第一章:弃风成本),“风电弃风管理”同样可以和DLR结合,大幅度减少500千伏线路的扩张。

在低负荷情景下

假定没有可再生能源电力并网低负荷情景能显著减少电网的扩张,但是与基准情景类似,可再生能源并网也需要电网扩张。

基准情景

首先我们检查电网模型在2020年后的峰值负荷(即“仅有负荷增长”)的情景,来确定电网单纯因负荷增加而扩张的程度。这些电网扩张与可再生能源没有关系,只与2020年增长的用电需求有关(见图22上图)。电网升级是由输电线负荷增加提出更高需求和电厂自身输送更多电力到电网的需求这两方面决定的。尽管主要的电容量(按兆伏安/千米计算)输送至500千伏等级线路,但收到影响的线路更多集中在220千伏等级,这一等级有137条扩张线路。

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在基准情况下, 当30吉瓦的风电、30吉瓦的光伏以及3吉瓦的生物质电接入江苏省的发电系统,江苏需要大规模扩张500千伏的电网。在图22的右下图中,我们可以看到新增的沿海风电容量很大部分用于500千伏线路扩张,将风电从海岸输送到江苏省南部的高负荷地区。在一些地区,电力系统增加的可再生能源电力会增加220千伏电网的扩张(例如在中东部地区的220千伏线路扩张是由额外的陆上风电量造成的)。在其他地区,可再生能源则减少了原本不必要的220千伏电网扩张。这种现象既可能是由于风电、光电和生物质电这些可再生能源的加入减少了剩余负荷,也可能是由于传统电厂入网需求减少了。

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最优选择:可再生能源+DLR情景

“可再生能源+DLR”情景中,智能电网技术DLR被用来避免出现电网大幅度扩张。

输电线容量的限制值受限于并网时已有电流产生的热量。热容量限制值通常在最糟糕的天气情况下测定,一般是气温40摄氏度、日l照水平1300瓦/平方米、无风的环境。考虑到冬季气温偏低,这种最坏天气的限制值可以用一个单一的干扰压制系统系数来调整。

因为最坏情形在一整年中都很难得出现,所以当温度不高或者有风的时候可以在相当大范围里提高输电热容量限制。DLR的理念就是连续直接监测线路或监测线路周围的天气状况,以此提高相应的输电热容量。

输电线上对电流传送影响最大的是风力产生的冷却效应。苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)曾经做了一次试验,在最坏情况下(40摄氏度气温和0.5米/秒风速)给导体通上750安的电。当风速提高到2米/秒垂直吹响线路时,通过线路安全输送的电量提高了50%,当风速增至10米/秒时,电量提高了130%。

DLR己经在全球很多输电线路上得到应用。加装了监测大气的DLR后,北英格兰地区Skegness双线132千伏的高架线路的输电量提高了20%-50%。增长福度并不大的原因是设备只能测风速而不能测侧风力与线路的角度,后者显著影响风的冷却效果。因此我们保守估计风力与线胳的角度为20度。德国输电系统运营商TenneT公司在在2010年给900公里的高压输电线和20个变电站配备了DLR,他们可以提供50%的输电容量。德国输电系统运营商ELIA公司在比利时运营的一个40万伏的双向线路,可以在一年内超过90%的时间里增加至少50%输电容量,峰值时期额外增加250%的容量。

因此,我们保守估计,在江苏省的模拟试验中,在风力强劲时。输电容量可以提高50%。DLR只安装在哪些很有可能不需要升级(相比于基准情景下)的高架线路上。图23距离说明了一个近海岸线路热容量增加的情况。

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根据北威尔士一个DLR实际实施案例,我们假定DLR的成本为每千米每条电路7000欧元(相当于54000元)。图24中左上图显示了电网扩张的结果。

总体而言,升级线路总长度在220千伏等级减少32%,在500千伏等级长度减少62%。这样电网扩张成本可以节约36亿元,而只需额外投人6800万元用于DLR的建设。

DLR如此有效是因为它有助于在风电最强输电线超负荷的情况下提高了输电热容量(见图23)。考虑到弃风弃光的成本,“可再生能源+DLR”情景在2020年峰值负荷到达130吉瓦的的所有的情景中是最经济有效的(见图21的情景对比)。

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风电弃风管理情景

社苏省海岸沿线风力发电峰值很大程度上促使了基准情景中500千伏电网的扩张。因为这种风电峰值出现几率较少,完全可以放弃或削减这些峰值电力而不会显著减少整年的发电量。

在风电管理弃风不设限情景中,若允许强制出现大量的弃风情况,浙江导致每年损失14%的可用陆上风电和10%的可用近岸风电(见表6)。

为了减少电力损失,我们可以在风电高比例入网时段限制弃风量,例如可以保留风场70%的标称功率(弃风率2%)。图25展示了江苏就每个近岸风电场弃风的结果总和。在第一个风电峰值,风电被削减至其最低限制值,相当于每个风场70%的标称功率。但是这种弃风并不是强制性的,在下一个峰值期,当电网瓶颈并不严重的情况下,风电场就不用弃风。

 

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在2%风电管理情景下,只有0.8%发生在陆上风电场,2.7%发生在近岸风电场。表6中也同样展示了1%风电管理情景的结果。

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在不考虑风电管理成本下,风电管理弃风不设限情景下发生的电网扩张总量比可再生能源+RE还低,当弃风率达到2%这一最低限制时,两种情景下的电网扩张规模大致相同(见图24)。考虑到风电管理的成本,放弃的这部分电力必须由天然气发电取代。假设在40年使用周期里弃风的成本为600元/兆瓦.时(见第一章;弃风成本),那么弃风的成本就会远远超过因减少电网打一张而节约的成本(见图21的情景对比),因此风电管理弃风不设限情景因弃风成本过高而不被推荐,2%风电管理能够带来与可再生能源+RE情景下相当的电网扩张节省,因此,考虑节省电网扩张成本,2%的弃风率是一个比较合括的比例。

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通过结合DLR和风电管理,我们可以在所有情景中实现电网扩张量最小(见图20情景对比和图26)。在这些情景中,几乎都不需要针对500千伏电网进行扩张,因为在风电接人比例较高的时候,DLR可以为现有的输送线提供额外的容量,即使这一容量仍然不能够满足,到时仍然可以进行一定比例的弃风(例如最大限制2%)。针对220千伏电网也是如此,大幅的扩建同样可以避免。

需要注意的是:弃风仍然需要付出成本(见表6),这在一定程度上降低了这个情景的吸引力。由于弃风的成本超过了减少电网扩建而节省的成本,因此这一情景仍然比单纯DLR的情景下付出的成本更高(见图21中不同清景弃风成本对比。

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低负荷情景

针对所有的情景,我们分析了到2020年降低用电需求增长的结果。如果到2020年用电需求增长率是6%,那么久以为着2020年峰值负荷为113.5吉瓦(基准情景中负荷峰值为130吉瓦)。在没有可再生能源的情景中,低负荷会减少68%的电网扩张(见图27)。但是当电力系统内接入可再生能源,需要几乎与基准情景下相同的电网扩张将风电从海岸沿线输送到负荷中心(对比图27和图22中途和右图的基准情景),电网升级总量总比基准情景下低10%。

低负荷同样影响到江苏省发电种类的占比。因为在这一情景下,负荷相比基准情景有所下降,但可再生能源比例却保持不变,因此,本地,可再生能源发电量占比上升到15.8%(基准情景下比例为13.8%)。如果包括外省引入的可再生能源电量,并假定可再生能源电量在所有引入电量中占比30%,那么可再生能源电量最终占比可达19%。峰值负荷减少也意味着只需要29.4吉瓦的天然气发电容量,基准情景中则需要44.9吉瓦。

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(本文摘自:《东部能源转型系列 江苏有可能:高比例可再生能源并网路线图》)

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