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风电、光伏等新能源可以直接并入电网么?有哪些技术问题需要解决?

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日报标题:想让大家都用上新能源发电,得先解决这只「鸭子」

Kevin Zhang,想念祖国的吃货/能源网络的初学者

上面的回答提供了很多关于新能源对于网络的影响,我来提提大范围新能源接入对于系统层面的影响吧。

首先第一个问题在大量新能源机组接入下,电力系统的惯量会减小(system inertia),因为新能源发电机组是并不贡献系统惯量的。如下图所示:

那么系统惯量的大小对于系统运行有什么影响呢?简要来说就是当发电量和用电量有一定差值时,系统惯量越小会导致越大的系统频率变化。下图是 NREL 的一篇 report 中的截图,代表了 ERCOT 系统在失去一个 2,750 MW 常规机组时,不同程度的新能源接入情况下系统的频率变化。我们可以明显看到当新能源接入增加时,失去常规机组时的系统频率的变化会更快以及更大。而电力系统是要求运行频率必须控制在一定的范围内,例如英国的 National grid 要求在失去一个机组(N-1 原则)后系统的频率应保持在 -0.5Hz 的范围内,而偶尔达到 -0.8Hz 也能接受。但是在未来当系统惯量很小时,可能这个变化值就远大于系统规定值了,那么后续会面临灾难性的整个系统的崩塌和重新启动,在此就不赘述了。所以根据数据分析,现阶段 national grid 的政策是风力发电不能超过系统需求的三分之一,而在爱尔兰的话这一限制目前来说是 50%-55%。

第二个问题就是对未来常规机组灵活性的要求。首先上一张在电力系统界最近比较出名的图,被称为加州光伏鸭子图(duck curve)

上图所代表的问题是什么呢?当光伏发电大量接入时,系统运行所面临的一个问题就是,太阳很快落山了,而用电高峰正好开始,那么系统需要在两三个小时内将原本由光伏发电所供应的电力需求转由常规机组去供应。而且随着光伏接入量越大,这个“鸭脖“坡度会变的更陡,那么对于常规机组的上网速度要求就越高。所以电力系统的管理者面临了一个两难选择,要不然提前切掉一部分光伏,让这个脖子的坡度没那么陡,还有一个选择就是让大家投资更贵更能快速反应的机组例如 open cycle gas turbine.

上文所提的对光伏的 duck curve 问题同样也适用于风力发电。因为风力发电也存在不确定性和变化性大的问题。

答案图片来自网络,侵删。


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