抽水蓄能与风电联合运行互补性分析

傅勋利

湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南长沙410213

摘要：风能是一种可再生能源，将其用于发电，再加上燃料消耗减少，可减少污染。但是风力发电存在很多问题，比如风力发电的渗透率提高，可能会影响电网的安全性。对于风力发电，存在断续性、波动性、逆向运行等特点，电压波动和频率波动等问题，对系统稳定运行和电能质量产生了不利影响。因此，研究风电并网后的最优规划对于解决上述问题至关重要。

关键词：抽水蓄能；联合运行；风力发电

引言

我国关于风电与抽水蓄能联合运行模式的研究起步较晚，目前处于快速发展阶段，国外相对来说在这方面的研究较多。对优质调峰电源的比重需求有所增加，例如现阶段成熟先进的抽水蓄能技术。抽水蓄能电站启停迅速，运行方式切换灵活，可弥补风电反调峰特性，提高了电网运行经济性。

1风电与抽水蓄能联合运行原理

1.1抽水蓄能的工作原理

抽水蓄能电站的原理就是一个能量转化的过程，其过程如图1所示，在电网负荷低谷时，将水从下水库通过压力水管输送到上水库贮存起来，在电网用电高峰期，再将储存在上水库的水放出来，用来发电，以满足所需求的供电量，就这样循环往复地工作。

图1抽水蓄能电站原理图

1.2风力发电的工作原理

风力发电的原理是自然风吹过来经过风车，带动风车的叶片转动，风车转动产生机械能，经过齿轮箱，齿轮箱中有低速转轴和高速转轴，经过转轴加速，然后经过双馈发电机，转变为电能，再通过变换器之后，将电能输送到电网。

1.3联合运行的意义

风是由于太阳辐射到地球而引起的自然现象。风能是廉价的清洁的可再生能源。随着科技的进步、人类的发展，人们对能源的需求量急剧升高，不可再生能源例如化石能源等越来越不能满足人类需求而且对环境污染严重，所以人们对于清洁可再生的能源极为需求。风能不会污染环境，而且地球上的风能蕴藏量也很大，所以风能的开发利用应运而生，随着研究的不断深入发展，风能已经被大规模地开发利用。而且近年来风电装机容量急剧升高，很多的国家都出台相对的政策来开发利用风能以代替其他的不可再生能源，但是随着对风能需求量以及开发量的增多，风能的劣势也逐渐体现了出来。

人们认识到自然风会受到很多条件的制约，而且风力发电受到的制约更大，例如风的强度和方向、气候、温度、天气以及风电场所处的地理位置等等，导致了风力发电的输出功率具有间歇性、随机变化性、不确定性、难以预测性和波动性等特点，大大限制了对风能的开发利用，而且给风电的管理运营等造成了很多不便，还会带来经济上的损失和安全上的隐患。所以为了提高风力发电的可靠性，风能这些劣势亟待解决。抽水蓄能电站是一种可再生能源，而且对环境效益有益，还能起到很好的调频、调相、调峰等工作。对于风电的劣势也能有很好的补充调节作用，因此需要抽水蓄能电站来配合风电场发电，提高其输出功率的稳定性和连续性。

1.4抽水蓄能-风电联合运行的原理

含风电和抽水蓄能的联合运行模式主要有以下三种运行方式：1）将全部的风电都用来给抽水蓄能电站抽水。当风电场的输出功率需要全部用来抽水时，打开开关d，关闭开关c。当有剩余的电量时，将b打开，抽蓄电站可以用多余的电来抽水；闭合开关a，使抽蓄电站来带负荷。2）风电场的电量全部输进电网。将开关c闭合再将d关闭，风电场的电量将全部用来输进电网。3）其中的一部分输入到电网，另一部分供抽水蓄能电站抽水。将开关a打开，仅用抽蓄电站来满足系统负荷的要求，当满足系统负荷有剩余电量时，打开开关b。当风电的出力情况不足以满足可接受的风电的上限的时候，闭合d；当可以满足可接受的风电的上限的时候，闭合d，将负荷系统所需要的电量输入到电网中去，再打开开关c，将满足系统负荷后多余的电量输入到抽蓄电站。

1.5有效措施与优势

关于把大比重的风电输入电网会影响电网的供电质量等问题，如果只是减小或阻止风电在电网中的加入比重值，或者直接调大风机的功率的话不能解决其根本性问题，正确的方式是，可以构建一个蓄能系统，其理念是将风电在某种形式上输入电网和储蓄起来的方式，确保能为电网稳定进行供电。

现如今，对风电具有蓄能作用的形式大概有如下五种：水力蓄能、超导磁力蓄能、流体电池、压缩空气蓄能和电解水制氢。其中的“风电-抽水蓄能联合运行系统”形式已经被充分利用起来了。比如：西班牙国家就已经将风电-抽水蓄能联合运行理念进行利用了，它在对ELHierro岛和Canary岛进行风能资源开发的时候，同时建立了抽水蓄能电站，完成了对“联合运行”的运用。位于前列的德国、丹麦和美国等国家，也都已经将此理论应用到实例工程中了。

因此，各界人士对抽水蓄能电站的优点进行了综合性的总结，主要包括：对电网负荷变化的反应迅速且调节力好，能量储存和转换的容量较大且效率高，调峰、填谷、调频、调相和事故备用的运行性能良好，建设技术成熟的情况下且成本相对较低，强迫停止运行的发生情况低，总体运行安全系数高和平衡度保持良好和供电的质量高。所以，对“风电-抽水蓄能联合运行系统”理论的良好运用，即具体运行内容是指：把大比重的风电，转换成电能输入在电网中，且能保证高质量的供电；当电网的负荷在最低值的时候，能够把多出的风电转变成水能的储蓄的方式，即能防止风机弃荷的情况出现，在供电质量确保的情况下，加强对风能资源的利用率和逐步达到其最大化。

2抽水蓄能及与风电组合运行

2.1具体内容

抽水蓄能电站在运行的后半部分储存电网中多余的能量，将其转化为水能，然后作为调频能量进入电网。当网络达到最大值时。简而言之，这是关于余出的电能转换成具有规划性能和能源储备能力的高质量发电厂。因此，它的优点和集成使这种联合操作模式成为调节电网频率调制的重要因素。

2.2有效的运用结论

目前来说，我国尚处于对联合运行系统的初步设计和研究的阶段，而于风电资源开发技术位于前茅的国家来说，已是成熟研究与实践运用过程了，得出了以下总结以国内加以借鉴，包括有：风电在直接输入电网的过程中存在一定风险，而风电-抽水蓄能系统的联合运行理论，是把超出比重的风电进行抽水式存蓄，而在负荷值达到最大时，优先使用存蓄的蓄能进行发电的一种有效的技术路线；优化计算和运行分析，同时对峰谷电价差异进行分析和考虑，是完全经济的；当专门探讨这些岛屿时，提出了为岛屿风能开发可再生资源的可能性，其有效战略是参照联合操作系统；与传统风力系统的问题和缺点相比，与过去一年相比，组合操作系统可以将电费收入增加到每天15万元左右。总结表明，二者在经济效益和社会效益上还存在较大差距，对联合运行系统的深入探究和普遍使用已成必然的发展趋势。

结语

风电-抽水蓄能联合运行系统加以利用和研究分析需要各地区组织引以重视。尤其是一些风能资源相对而言较丰富的地区，推动风电、抽水蓄能联合运行在地区的可行发展，将为地区整个的电网系统带来可观的经济效益及高质量的供电保证。

参考文献

[1]柴鹏.风电-抽水蓄能联合系统运行方式优化研究[D].武汉:华中科技大学,2012.

[2]曹威海.风力发电、抽水蓄能、传统发电联合系统的运行调度研究[D].保定:华北电力大学,2013.