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大型海上风电场的并网挑战

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-8-8   关键字:海上风电场  并网  
全球变暖状况引起了人们对环境问题的关注,可再生能源由此被摆上了发电设备的议事日程之首——发展风力发电。风能在所有可再生能源之中最具潜力,各国政府都在积极推动风能应用。他们认识到风能可以在极具竞争力的市场中长期起到积极作用:缓解全球气候变暖,促进能源的多样性及安全性。
 
尽管海上风电项目的起步较晚,但据目前预测:将来风能的开发利用将偏重离岸位置。其原因在于,海上风电场的优势明显:那里具有较高的风速;对环境的负面影响较少;风电机组距离海岸较远,视觉干扰很小;允许机组制造更为大型化,从而可以增加单位面积的总装机量;机组噪音排放的控制问题也不那样突出。
 
在考虑这些海上工程的可行性之时,AREVA T&D集团的风电专家Phill Cartwright研究了风电场并网的相关问题,并提出,电力匹配,电网规划、建设,标准选择,收费机制等问题应予以考虑。同时,针对这些问题,文章也提供了AREVA T&D集团部分的解决方案和构想。
离岸风机电力汇总的规格问题
风力发电的技术规格与传统发电形式的技术规格不相匹配,因为现存的电力系统已经有所进化。未来风电机组安装的潜力巨大,人们要求这些机组具有传统电厂那样的发电规格,支持电力系统的正常运行。因此,将来大型的风电场可能需要匹配合适的控制器和快速反应电力设备。这些设备应具备强大的操控功能,如:实现电压、频率的动态控制,系统减震,或系统惯性控制等。
 
在设计汇总离岸电力的基础设施时,必须认清风力输出具有随机性的特质,以及一系列影响因素:包括资源区域的大小、位置,和不同地区实行的风能利用体制的差异性等。这些成本方面的电力不平衡可通过采用更准确的风能预测软件来最小化。风电场发电时经常结合一些其它的发电方式,需要采用具有扩展的适应贸易功能的特定软件,软件功能可包括:集合了基于气象因素的发电预测;发电配额日程安排;发送监测内容;具备贸易市场界面,帮助风电场运行商将其盈利能力最大化。AREVA T&D公司的e-terrawind软件包就是这些系统中的一个很好的典型。
离岸风电场网络建设
对于较大型的风电场而言,为确保高效运行,有效控制、运行和维护,连网规划尤其重要。对于任何潜在开发项目的可行性调研阶段,研究多个陆上及海上电场连网建设方案显得十分紧迫。这包括:网络布局,合适的连网电压水平,交流或高电压直流输电(HVDC)传输技术,电缆技术,无功功率补偿方案,和陆上或海上变电站的数量及位置。连网布局配置的设计和确定必须考虑电力输送等级、安全界限、连接点及电缆铺设的各个方面。
无功功率、闪变和谐波
交流电缆具有很高的电容,由此能产生相当多的无功电力,故需要获得无功补偿。高阶分路电容很可能导致暂态切换和谐波等非正常环境,这些情况都应在方案提出前作好分析,内容应涉及直流传输特性及其潜在效益的评估。
 
文章建议成立系统支持和网络咨询小组这样的机构。该机构的作用是:模拟所提出的构架,提出控制策略,技术上实现新型发电方式整合入电网。相关的运算法则和界面可能会被考虑纳入类似e-terrawind这样的软件包中执行。该方法的优势在于采用一个独立的IT平台改进电压状况和大型风电场的无功功率(VAR)控制性能,因而至少在连网方面,可以实现传统发电厂那样运作。这项端对端的解决方案包括发电进度表、确保电网运行商和发电投资组织优化整体发电战略效率的优化工具。电网运行商也可获益于应用模拟风力发电的模型评估安全连网的风电场的影响力。此外,软件将会实时报告风电场中来自涡轮机和电力系统中的关键数据。
可选电网配置方案的确定
电网布局配置的确定应该基于技术、经济和环境方面的评估。每种配置方案所包括的系统容量和灵活性的确定,应该考虑在正常和意外发生的情况下系统的运行和控制。一些潜在的利益,包括每种将来适用于扩展的配置方案需具有安全性和可靠性,环境影响和相关技术,都应该有所分析。对无功功率补偿的需求与损失影响,也必须在整个评估中考虑到。
对陆上电网的影响
人们寄希望于陆上网络能够承受大量输出随机性很大的离岸电力。承受了大量离岸电力之后,陆上电网的容量和安全性所受的影响应该得到量化及评估。这将包括陆上网络运行和强化的影响评估,特别有必要考虑技术模型和经济模型,以确定电路损耗的影响力,因为电路负载了风能频率调整的需求和一些联合成本。
离岸网络的安全性标准
离岸网络安全和质量方面的标准可能与岸上网络的不同,这主要基于以下两个原因。首先,不同于陆上网络,离岸网络不直接与用户相连,而风能作为通往发电机的主要能源是具有间断性的。因此,应该全面评估离岸网络可选安全标准的安全性和经济性。此外,评估内容还应包括选择离岸电网的网格编码。
收费机制
在离岸电网中,短期运行成本主要被电网限制的成本和损耗成本所左右。电价机制的制定可能会考虑到满足电网安全标准,通向离岸风机的不同层次的接入口,以及电网损失。例如,在英国,BETTA市场系统向市场运行商提供了多种不同的贸易机会,从长期合同、日前能源,到组合其它发电方式等。在这个案例中,e-terrawind完全整合于AREVA T&D的e-terramarket电子市场定位系统和e-terrarrads共享者贸易系统中。为了补偿风力在缺乏调节的环境中不可预测的电力生产,风电场运行商通常将煤电、水电等发电量组合进来。由于高昂的成本和环境制约性,所面临的挑战即是达到更好的系统可控性及能源优化组合,来确保在任意时刻混合能源发电的盈利最大化。当风电场和其它发电方式组合,e-terrawind的功能等级将扩展至可适应贸易功能,包括整合基于天气的发电预测、发电投资进程、发送监测情况。它同时提供贸易市场的界面,协助风电运行商将其盈利能力最大化。
结论
为了缓解全球气候变暖,风电场的面积将进一步扩大,离岸机组安装量也将有所提升。为了确保大量可再生能源连接入电网,需要考虑一些特定的技术方案。离岸电网的建设和评定应根据技术、经济和环境约束情况以及安全标准、网格编码来评估。此外,收费机制的建立也必须考虑将能源整合至电网和市场的情况。
 
 
编译自REFOCUS  January/February 2006
更多信息可参考:http://www.areva-td.com

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