基于需求側(cè)響應(yīng)的可再生能源消納

1、基于需求側(cè)響應(yīng)的可再生能源消納LOGO可再生能源的發(fā)展背景可再生能源的發(fā)展背景 到2011年底,全國并網(wǎng)新能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到51590MW,占總裝機(jī)容量的4.89%,其中并網(wǎng)風(fēng)電約占并網(wǎng)新能源發(fā)電裝機(jī)的87.33%,并網(wǎng)太陽能光伏裝機(jī)約占4.15%。到2020年,風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)1.87億kW,規(guī)劃建成8大千萬kW級風(fēng)電基地;太陽能發(fā)電則將達(dá)到25000MW。屆時預(yù)計新能源發(fā)電將占總發(fā)電裝機(jī)容量的35%左右。可再生能源消納面臨的問題可再生能源消納面臨的問題 （1）能源富集區(qū)遠(yuǎn)離電網(wǎng)負(fù)荷中心。如風(fēng)能主要集中于三北地區(qū)，本地消納能力嚴(yán)重不足，需輸送至負(fù)荷中心消納。 （2）輸電通道擁塞。華東( 江

2、蘇) 風(fēng)電場基本在長江出?？诒卑饵S海沿岸，北電南送受過江通道送電能力的限制。三北地區(qū)網(wǎng)架更為薄弱，阻塞更明顯。 （3）由于可再生能源具有間歇性、波動性和反調(diào)峰特性，為了維持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定,棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象成為電網(wǎng)調(diào)度中的常態(tài)。據(jù)統(tǒng)計,僅2010年上半年全國棄風(fēng)電量就達(dá)27.76億kWh,造成極大的能源浪費?，F(xiàn)假設(shè)前兩個問題已通過特高壓電網(wǎng)建設(shè)得到了解決，風(fēng)現(xiàn)假設(shè)前兩個問題已通過特高壓電網(wǎng)建設(shè)得到了解決，風(fēng)電已送至負(fù)荷中心，那我們?nèi)绾蝸砜朔拈g歇性和反調(diào)電已送至負(fù)荷中心，那我們?nèi)绾蝸砜朔拈g歇性和反調(diào)峰特性，來充分消納這些可再生能源？峰特性，來充分消納這些可再生能源？然而充分消納新能源需要配套

3、建設(shè)大量調(diào)峰電源,并在發(fā)電計劃中為其預(yù)留足夠的備用,導(dǎo)致常規(guī)機(jī)組頻繁啟停和長期低負(fù)荷運行,額外增加化石能源的消耗和污染氣體排放。傳統(tǒng)僅依靠常規(guī)機(jī)組的調(diào)度模式在解決新能源電力系統(tǒng)的運行管理問題時遇到瓶頸,迫切需要研究新的調(diào)度模式與理論方法。實行需求側(cè)響應(yīng)對可再生能源消納的意義實行需求側(cè)響應(yīng)對可再生能源消納的意義需求側(cè)響應(yīng)需求側(cè)響應(yīng)是將需求側(cè)的負(fù)荷看做隱性的資源加以開發(fā)，通過價格和激勵手段來引導(dǎo)用戶改變用電方式，其強(qiáng)調(diào)電力用戶根據(jù)調(diào)度指令或市場信號，主動進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，來維護(hù)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與節(jié)能減排，從而作為一種資源。將傳統(tǒng)的剛性負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝载?fù)荷將傳統(tǒng)的剛性負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝载?fù)荷負(fù)荷具有了彈性，負(fù)荷可

4、增減負(fù)荷具有了時間轉(zhuǎn)移特性，負(fù)荷可轉(zhuǎn)移有效調(diào)峰，等價于備用容量目標(biāo)目標(biāo)：發(fā)多少用多少，負(fù)荷曲線與發(fā)電量曲線盡可能一致，針對可再生能源的備用容量最小，整個系統(tǒng)節(jié)能減排。實施需求側(cè)響應(yīng)的前提條件實施需求側(cè)響應(yīng)的前提條件可靠地發(fā)電量預(yù)測可靠地發(fā)電量預(yù)測完善的電力市場（具有成體系的需求響應(yīng)項目）完善的電力市場（具有成體系的需求響應(yīng)項目）建立以智能電表為核心的高級量測體系（監(jiān)管、控制）建立以智能電表為核心的高級量測體系（監(jiān)管、控制）政府的政策資金支持政府的政策資金支持需求側(cè)響應(yīng)實施模式需求側(cè)響應(yīng)實施模式需求側(cè)響應(yīng)實施模式的選擇與電力市場化程度密切相關(guān)。不同市場化程度下，計及風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)的需方響應(yīng)實施模

5、式可以劃分為市場初級階段模式、過渡階段模式和市場完善階段模式。由于各需求側(cè)響應(yīng)實施手段適用條件不同，因此我國計及風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)的需求側(cè)響應(yīng)總體實施模式如圖 （1）在市場初級階段）在市場初級階段在該階段，我國電力市場沒有一套完整的市場運營規(guī)則和電價形成機(jī)制，不能通過經(jīng)濟(jì)手段及時有效地調(diào)節(jié)市場供需，以滿足風(fēng)電并網(wǎng)需要。因此，該階段需求側(cè)響應(yīng)的實施模式應(yīng)當(dāng)以有序用電管理為主，并引入分時電價機(jī)制。（2）市場過渡階段）市場過渡階段在該階段，我國電力市場運營規(guī)則逐步完善，電價形成機(jī)制初步建立，因此可以考慮引入相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)手段，提高市場主體對風(fēng)電出力波動的響應(yīng)程度。該階段需求側(cè)響應(yīng)實施模式應(yīng)當(dāng)在市場初級階段模

6、式的基礎(chǔ)上，對分時電價 、直接負(fù)荷控制 、可中斷負(fù)荷等實施手段進(jìn)行改進(jìn)，并引入關(guān)鍵峰荷電價、實時電、緊急負(fù)荷響應(yīng) 、需求側(cè)投標(biāo) （3）市場成熟階段）市場成熟階段在市場成熟階段，我國電力市場體系已較為完善，各項電網(wǎng)運行技術(shù)已較為成熟。因此，可考慮引入更加靈活的市場手段。最終形成以容量市場、需求側(cè)投標(biāo)市場和輔助服務(wù)市場 三大市場為載體，以改進(jìn)后的實時電價、峰谷分時電價和關(guān)鍵峰荷電價為調(diào)節(jié)手段，以直接負(fù)荷控制為支撐手段的需求側(cè)響應(yīng)體系?；趦r格的需求響應(yīng)模型基于價格的需求響應(yīng)模型在負(fù)荷轉(zhuǎn)移困難值矩陣 D 中，其每個元素 Dij 衡量從 i 時段向 j 時段轉(zhuǎn)移的難度，這里設(shè)單位負(fù)荷每從一個時段轉(zhuǎn)移到

7、另一個時段轉(zhuǎn)移難度增加1，轉(zhuǎn)移難度從0計起。設(shè)用戶負(fù)荷首先向最近的目標(biāo)區(qū)間中的目標(biāo)時點轉(zhuǎn)移，若該時點已與發(fā)電量平衡則繼續(xù)向下一個時點轉(zhuǎn)移。根據(jù)對不同用戶的用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移承受力的統(tǒng)計分析決定用戶在超出多少時間后，將不愿意改變自己的用電習(xí)慣，從而定義難度界線值 T，轉(zhuǎn)移難度超出界線值 T的時點視為不可轉(zhuǎn)移。在負(fù)荷轉(zhuǎn)移困難值矩陣 D 中用無窮表示基于互譜分析的需求響應(yīng)匹配分析基于互譜分析的需求響應(yīng)匹配分析 相干譜Wxy(f) 是兩個序列中頻率為 f 的分量的振幅乘積的標(biāo)準(zhǔn)化均值，其取值區(qū)間為0,1。相干譜愈接近 1，表示風(fēng)力發(fā)電序列 X 和用戶用電負(fù)荷序列Y 在頻率 f 處愈相關(guān)。 相位譜 Bxy(f

8、)是兩個序列中間頻率為 f 的分量相位變化的均值（以弧度表示），若Bxy(f)為正，表示在頻率 f 處，風(fēng)力發(fā)電序列超前于用戶用電序列，為負(fù)時表示風(fēng)力發(fā)電序列滯后于用戶用電序列，同時值越接近 0，表示風(fēng)力發(fā)電序列 X 和用戶用電負(fù)荷序列Y 在頻率 f 處超前或滯后的程度越弱。 通過對風(fēng)電發(fā)電日負(fù)荷序列 X 和不同類別用戶的用電日負(fù)荷序列Y 做互譜分析，得出對應(yīng)的相干譜Wxy(f)和相位譜Bxy(f)。對這兩個指標(biāo)作綜合比對，定位與風(fēng)力發(fā)電周期波動共變性最接近的電力用戶為支撐風(fēng)電的需求響應(yīng)匹配資源。經(jīng)過一階差分平穩(wěn)后，風(fēng)電序列的單譜分析的頻譜圖如左圖。低頻處波動幅度大的周期分量比較多，最大周期分量出現(xiàn)在 f=0.1875Hz，即存在一個 5.3 h 的主周期，該周期分量對風(fēng)電序列的整體波動影響最大。同時，它的主頻帶較寬，能量分布相對分散，主頻帶區(qū)間位于0.05,0.2 Hz。根據(jù)大用戶直購風(fēng)電的規(guī)則，可考慮在江蘇沿海東臺、如東、大豐和啟東等風(fēng)電基地周圍建設(shè)綠色工業(yè)園區(qū)，引入電解鋁、PVC 生產(chǎn)、規(guī)?；茪?、氯堿生產(chǎn)等高耗能企業(yè)。同時，在