电力系统的可再生能源出力预测常采用什么方法,情尽量详细点,谢谢了
我只接触过可再生能源中的风能:风电机组的出力是一个与风速有关的随机变量,因此,风速的预测是风电出力预测最主要的方面。但是由于风能的随机性、波动性和间歇性,国内还没有研制出很精确风电厂出力短期预测系统,通常目前风电场风速预测的误差在25%~40%左右,因此给你提供一个简单、精度不高的:
假设风电厂出力与风速关系如图1所示,其切入风速、切出风速、额定风速分别为3、25、14m/s。取风电场模型中风速服从正态分布,均值为7.5,方差为2。如此可建立起24h内风电场的出力预测模型。根据这个我基于MATLAB简单建立模拟风电场24小时出力模型如图2所示,希望对您有帮助。
这种方法简答易行,但是不够精确,可以令风电机组的备用容量为其额定容量的30%来考虑
一是保障性收购。核定为保障利用小时数以内的电量,由电网企业采用统购统销的方式保量保价收购,这就是说在保障利用小时数之内的电量采用传统计划机制消纳。
二是市场化交易。在保障利用小时数之外的电量,则通过可再生能源项目与用户侧直接交易的方式进行消纳,电量和电价都由市场决定,也就是说剩余电量可以通过市场机制进行消纳。
当前,我国电力市场建设进入现货交易试点阶段,有几家试点已经向新能源项目试点开放了现货市场。
就常人普遍认知来看,新能源的优点十分明显,那就是绿色环保,不发生化学反应,不向环境中排放碳和污染物,对气候和生态表现得相当友好。另外,在项目建成之后,由于不需要燃烧煤炭、石油、天然气等化石能源,所以边际成本低,具有相当的市场竞争力。
然而,同其优点一样,新能源的缺点也十分突出——出力的波动性、间歇性,导致新能源完全“看天吃饭”。而出力的不确定性对于市场化而言又是十分致命的。
8月中旬,美国加州经历了19年来首次滚动停电。加州独立系统运营商发出警告, 由于电网吃紧,需要采取分区滚动式停电模式来防止电网崩溃。 消息一出,引发关注。正值美国大选之际,这一话题瞬间被政治化。据媒体报道,停电事件中,超过100万人失去了电力供应。
目前的初步原因汇总显示:停电是多种概率事件同时发生造成的,其中包括天然气机组的宕机;高温天气跨区联络线过热限流,部分老化线路容量不足;风电场宕机等等。系统调度与监管机构对于系统是否购置了足够充足的备用仍旧存在认定上的争论。
上一次加州下令滚动停电是在2001年能源危机期间。 从1月到5月,发生多次停电,其中一次影响150多万客户,其原因是能源短缺和能源批发商操纵市场合力发挥作用的结果。
加州州长纽森(Gavin Newsom)强调,加州电力短缺是“不可接受的”。他将电力短缺归因于加州从污染性的天然气过渡到太阳能、风力发电等“清洁”能源的结果,因为太阳下山之后或无风时,无法发电。他承诺释出更多能源,也将对电力短缺进行全面调查。纽森表示, 由于过去几天创纪录的高温,用电需求大增, 曝露 出可再生能源的不足。
光伏发电出力特性会给电网安全稳定运行造成巨大影响。截至2019年年底,美国加州光伏发电的装机容量为2740万千瓦,占美国光伏发电总装机容量比例约36%,居全美第一。光伏发电量通常情况下占加州总发电量的比例约为20%。
在高比例光伏发电接入的情况下,加州净负荷曲线为“鸭型”曲线,即负荷曲线在中午前后到达低点,在15时之后开始上升,负荷曲线峰谷差大,这为加州电力调度带来困难。
为此, 加州一直非常重视需求响应发展,通过相关激励手段调动负荷侧灵活资源积极性,以解决电力供需矛盾。 然而,此次罕见热浪袭击加州,加之疫情影响,居民大多居家,空调负荷等温度调节负荷激增,大大激化了原有的电力供需矛盾。
本次加州轮流停电事件一方面说明, 光伏发电、风电等电源出力具有波动性、反调峰性,对电网安全稳定运行造成的威胁不可忽视 。高比例新能源发电接入的情形下,亟须开展电力电子化电力系统稳定性基础分析、电力电子化电源的宽频带振荡特性等基础理论研究,完善电力系统稳定计算标准体系,突破海量超电磁暂态仿真技术瓶颈,提高电网仿真分析能力,支撑深度认知电网特性。
另一方面,本次加州轮流停电事件中,高比例光伏发电接入、罕见高温、疫情居家等多因素交织,充分表明在电网安全运行中,考虑单一因素具有一定的局限性,多种情景叠加则进一步考验电网供电能力。 电网企业需在规划、运行、营销乃至应急等环节充分考虑综合因素,确保供电可靠。
随着分布式电源、储能系统、新能源 汽车 等领域相关技术不断发展, 负荷侧灵活资源有着极大的开发利用空间 。我国经过多年摸索,在负荷侧灵活资源利用上取得了显著成效。据相关研究,我国负荷侧灵活资源超过2亿千瓦,通过相关政策、机制挖掘这些资源价值,意义重大。
电力服务具有普惠特点,涉及民生问题。本次加州轮流停电事件中,电力供需紧张在电力及上游能源市场上造成了一系列连锁影响。 电价快速上涨加重了防疫期间居民、企业的经济负担,对经济 社会 发展造成巨大影响。
反观国内,在防控新冠肺炎疫情期间,电网企业主动担当,坚决执行国家降低电价政策,有力支撑“六稳”“六保”目标实现,充分体现出我国的制度优势。可见,我国电网 健康 发展需要坚持制度自信,发挥“六个力量”,为经济 社会 发展和民生改善提供有力保障。
随着间歇性可再生能源的装机规模不断扩大,风电和光伏出力波动范围日益变大。以日峰谷差为例,风电出力日峰谷差冬季和春季较大,夏季和秋季相对较小。2035年全国风电功率日峰谷差最大值约为1.9亿千瓦,中位数约为0.9亿千瓦;2050年全国风电日峰谷差最大值约为3.0亿千瓦,中位数约为1.3亿千瓦。光伏出力日峰谷差春季和秋季出力最大,夏季次之,冬季出力最小。2035年全国光伏功率日峰谷差约为4.0亿千瓦,中位数约为3.0亿千瓦;2050年全国光伏日峰谷差最大值约为7.3亿千瓦,中位数约为5.5亿千瓦(见图1、图2)。
间歇性可再生能源与负荷叠加后的净负荷日峰谷差增大,系统灵活性需求总量逐步提高,且不确定性有所增强,调峰难度显著增加。2050年全国最大负荷约为23.4亿千瓦,日负荷最大峰谷差约为6.0亿千瓦,占最大负荷的25.7%,而考虑风电光伏等间歇性可再生能源的净负荷最大峰谷差约为8.0亿千瓦,占最大负荷的34.2%。
分区域来看,西北地区和华北地区的电力系统灵活性需求量和需求比例最高,对系统灵活调节能力提出了较高要求。2035年,西北地区日负荷峰谷差最大值约为1.8亿千瓦,占西北地区最大负荷的64.8%,华北地区日负荷峰谷差最大值约为1.8亿千瓦,占华北地区最大负荷的46.2%,而到2050年,西北地区日负荷峰谷差最大值达到约3.6亿千瓦,占西北地区最大负荷的92.9%,华北地区日负荷峰谷差最大值约4.1亿千瓦,占西北地区最大负荷的75.8%,系统灵活调节能力亟需改善(见图3)。
从日内特性来看,净负荷小时级变化率显著增加,且不确定性有所增强,午间负荷高峰成为净负荷低谷,每日12时至20时之间灵活性需求最大。以华北地区为例,2035年华北地区负荷一小时功率变化最大值约为0.3亿千瓦,占最大负荷的6.7%,而净负荷一小时功率变化率最大值约为0.5,占最大负荷的13.8%;2050年净负荷一小时功率变化最大值约为1.0亿千瓦,占当年最大负荷的23.4%。随着间歇性新能源(尤其是光伏发电)并网装机比例持续扩大,净负荷日曲线呈现“鸭子”形状,12时至20时之间,净负荷出现快速增长。午间光伏大发时,原本的负荷高峰会成为净负荷低谷,甚至在午间可能出现净负荷为负的情况。在15点至20点之间,用电负荷逐渐增长叠加,光伏出力快速衰减(见图4)。
从季节特性来看,系统灵活性需求的分布规律有所改变,部分地区调节压力向春秋季转移。以华北地区为例,负荷日峰谷差在夏季和冬季较大,而日净负荷峰谷差在春季和秋季较大。这是由于夏季空调负荷比重大,在气温最高的中午形成峰值,而光伏发电日特性与空调负荷特性具有一定的正相关性,平抑了夏季的净负荷波动。由于冬季电采暖负荷比重较大,在气温较低的夜间形成峰值,而华北地区风电日特性与电采暖负荷特性具有一定的正相关性,在一定程度上平抑了冬季的净负荷波动。春秋季负荷需求与新能源出力正相关性相对较低,且负荷需求水平低于夏季和冬季,净负荷峰谷差受新能源影响程度更大。
2018中国储能西部论坛8月2日在青海省海东科技园开幕。业界专家称,中国可再生能源储能市场前景光明,应用价值较大,但一些瓶颈问题仍需突破。
中国国家能源局今年1月发布数据称,2017年中国可再生能源发电量1.7万亿千瓦时,同时,全年弃水、弃风、弃光电量超1000亿千瓦时。
“(弃水、弃风、弃光)造成可再生能源巨大浪费。”中国华能集团清洁能源技术研究院储能研究所所长刘明义说。
中国能源研究会常务副理事长、国家能源局原副局长史玉波认为,在储能技术诸多应用领域中,储能与可再生能源深度融合,能解决可再生能源稳定输出和提升系统发电效益难题,促进可再生能源并网与就地消纳,具有较大应用价值和光明市场前景。
蓄水储能、光伏储能、风电储能及大基地外送储能研究……国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司总经理魏显贵在论坛介绍了该公司已投产和正在建设的储能项目,“储能技术能解决新能源出力不平衡及波动性问题”。
史玉波说,据中国能源研究会储能专委会不完全统计,截至2017年底,中国已投运储能项目累计装机规模28.9GW,同比增长近两成,“储能正日益成为投资热点和行业焦点。”
原国务院参事吴宗鑫说,目前,各种储能技术正处在探索和研发阶段,对于未来可再生能源及新能源汽车具有重要影响。
史玉波认为,目前,储能与可再生能源配套应用的局限性还比较突出,系统收益的多样性和投资价值还难以充分实现,集中式可再生能源并网储能系统收益单一,除存储弃电外,储能其余功能价值难以全面体现,集成储能资源难以发挥规模效应,电力市场开放程度有限。
(一)在技术方面:
分布式新能源在电网连接、电网安全、供电质量、能量储备、燃料供应等方面存在不少的问题,这也成为拖延乃至反对分布式新能源发展的主要因素。
我们沿海地区在发展风电时由于受当地季风性气候、雷电、台风等自然气候的影响,风电场所生产的电又是随风速的变化而不断变化,导致风电的容量可信度低,目前大多数风力发电机组都采用软并网方式,一旦风速超过切除风速时,风机会从额定出力状态自动退出运行,如果整个风电场所有的机组同时关停,这对电网安全的冲击将是十分明显。不仅如此,风速的变化和风机的塔影效应都会导致风机出力的波动,而其波动正好处在能够产生电压闪变的频率范围之
内。同时,分布式新能源大多采用全新的设备,稳定性没有经过长期的验证,这无疑会增加电网的隐患。
(二)在市场和经济方面:
我国分布式新能源系统还处于起步阶段,尚未形成经济化的产业规模,技术和装备也有待改进以进一步降低成本,因此尽管发展前景光明,但分布式新能源系统在目前还离不开政府阶段性的扶持和政策倾斜。
目前分布式光伏主要采用“优先自用,余电上网,全电量补贴”的方式,所以业主最主要的收益来自用户支付的自用电量电费,这导致项目业主在设计方案时会尽可能多的抵扣高电价用户电量。在这样的情况下,根据目前国家补贴和优惠政策,考虑不同地区资源条件和不同类型用户电价水平,按照20%余电上网进行测算,全国大部分地区由于居民电价较低,发展居民分布式光伏不具备经济性。
华东,华北,东北等地区适宜发展一般工商业分布式光伏,内部收益率可超过10%。仅华北及西北部地区食欲发展大工业分布式光伏,但盈利水平也一般。
(三)在体制方面:我国的发电由几家大的电力集团所主导,而电网更是被两家规模巨大的电网公司所强力垄断。出于利益,这些垄断性集团除了不热衷于分布式新能源的发展,甚至可能借用技术、规范、标准等理由人为地拖延或不作为,客观上阻碍了分布式新能源系统的发展。在分布式天然气能源的推广过程中,我国有的地区甚至明确提出不准并网。由于以天然气为原料,并有冷热输送装臵投入,天然气分布式能源站的电价普遍比煤电高出很多,电网作为经济主体,并不愿意高买低卖,加之能源站并网还可能给电网造成一定的冲击,因此个别电网企业有抵触情绪。目前全国范围内的电价都需要审批,但国家又缺乏指导性的电价政策。考虑到天然气价格大大高于煤价,有管道或LNG等运输方面的投资,项目运营成本较高等因素,分布式新能源电价一般较高,这就使得天然气分布式新能源项目的电价批复相当曲折。
(四)在政策法规方面:分布式新能源系统和可再生能源有一定的重叠并常常关联在一起,但分布式新能源系统更强调建立在用户侧,规模以小型为主,一般应具有热电或热电冷联供的方式,并且一次能源也常常是天然气或工业民用装臵的余热等。对分布式新能源系统的原则性鼓励规定多散布于《节约能源法》和《可再生能源法》等法规的相关章节内,并不系统且更缺乏具可操作性的实施细则、技术标准和配套政策。此外,相关产业严格和繁复的项目审批制度,更是扼杀了许许多多现实的或者潜在的分布式新能源发展项目。很多地方还把天然气分布式能源当作火电厂来看待,导致前期工作程序与建设燃煤电厂一样很复杂、很耗时。但与传统燃煤电厂相比,天然气分布式能源项目投资规模较小,适用性较强,一般工业开发区和城市商业区都要求与区域主体项目同时开展前期工作。较长的前期时间常常导致合作方不能承受未来的不确定性,不得不把天然气分布式能源又换成传统的电制冷或燃气锅炉。
(五)在社会认知度方面:在分布式新能源的具体开发过程中,我们拥有较多的资源,但社会的参与度、认可度较低,大家不愿意把更多的资源投入到分布式能源里面来,尚未形成保护环境,人人有责的局面。比如屋顶资源,有大屋顶的企业都是大企业,不在乎一年几十万元的租金,会不会漏水、下雨问题等才是对方关心的问题。同时浙江省已出现由于屋顶企业提出过高分成要求,项目业主不得不多次更换建设屋顶的情况,甚至连高耗能企业、行政事业单位和公共基础设施等也不愿提供这些资源。总体来说,受制于电费收取难度大、屋顶租赁费用便宜、政府无鼓励推广政策出台等因素影响,屋顶分布式光伏推进难度较大。
(六)在电网建设方面:分布式新能源项目电网接入滞后,电网接入工作整体落后于项目建设进度。虽然国家电网公司已制定和下达地方电力部门多个支持分布式新能源项目并网的政策,但从执行情况来看并不乐观,特别地市、县级电网企业并网工作滞后现象普遍,一些项目并网滞后3、4个月;另外,个别市县电力部门对可低压并网项目提出高压侧并网,并提出增加几百万投资的检测系统安装等要求,与国网公司出台的相关文件存在一定冲突。
(七)在社会承受能力方面:当下有一种现象,但凡涉及公共资源的涨价,社会反感声较大。但分布式新能源由于成本较高,最终将不得不由全社会进行分摊,对整个经济社会都会产生影响。随着分布式新能源规模增大,势将增大可再生能源基金规模,进而需要上调电价附加,从而降低我国工业制造业国际竞争力。据初步测算,2015年分布式光伏发电发展规模每增加1000万千瓦,将增加每度电电价附加0.5-1.5厘钱。因此,分布式新能源发展目标的确定不仅要从行业发展、节能减排等需求出发,还要充分考虑国家的财政支付能力和终端用户的电价承受能力,权衡行业和其他工业制造业的发展。
(八)在“路条”监管方面:由于央企、省企具有国有背景,相对于民营企业较易获得“路条”(同意开展该工程前期工作的批文),很多民企不仅负债率低,还有充分的各大银行授信,但并没有“路条”,不得不跟有“路条”的企业合作,甚至催生倒卖现象。我国部分地区存在不仅拿到“路条”的可以卖,拿到核准的也可以卖,建了一半可以卖,建完了也可以卖,这些都导致很多电站不负责任地建设,建完以后就卖了。这种现象无形中增加了企业的项目成本。