智慧新能源理念助力破解“弃风弃光”

　　近十年来，随着新能源装机的快速增长及电网建设的不断加强，新能源上网电量逐年增加，为我国节能减排做出了突出贡献。新能源并网运行技术取得了明显进步，安全运行水平大幅提高，为风电成为非水的第二主力电源提供了强有力的技术保障。但是，由于电网调峰能力不满足新能源持续迅猛发展的需要，消纳空间严重受限，弃风弃光率逐年上升，新能源发展似乎已进入瓶颈期。
　　
　　去年11月7日国家能源局发布了《电力发展“十三五”规划》，规划强调到2020年我国非化石能源消费占一次能源比重达到15%，风电装机达到2.1亿千瓦，太阳能发电1.1亿千瓦，新能源开发按照集中与分散并举、就近消纳为主的原则，同时依托电力输送大通道，“三北”地区可再生能源跨区消纳4000万千瓦。今年1月5日《能源发展“十三五”规划》正式发布，“十三五”期间要集中力量在可再生能源开发利用特别是新能源并网技术和储能、微电网技术上取得突破，全面建设“互联网+智慧能源”，提升电网调节能力，增加新能源消纳能力。
　　
　　根据《规划》的意见，需要破除新能源发展瓶颈、开拓更广的发展空间，因而智慧新能源的理念应运而生——利用电网运行控制技术的进步、交直流混联大电网优势、互联网大数据的挖掘，智慧新能源应具备获得全景信息、智能控制及运维、自主交易及决策、多维开放的数据分析、评估及预测的能力，建设“全景、广域、开放”式的智慧新能源，应成为下一步新能源发展的技术路线。
　　
　　一、“全景”式运行的新能源理念
　　
　　“全景”式运行新能源应包含全范围的消纳市场、集群控制、功率预测和安全运行。
　　
　　1.全范围新能源消纳市场：虽然部分新能源大省的装机比例已经达到30%甚至突破50%，年上网电量比例也已经超过10%，但全国电网非水新能源电量比例也只有不到4%，更大范围的市场消纳存在增加空间。通过近十年的电网建设，目前我国电网已经成为世界上运行电压等级最高、控制最复杂、输送潮流最大的电网，新能源输送消纳市场已经明显扩大。为了进一步增加接纳能力，需要结合已经建成及正在规划建设中的特高压交直流通道，充分发挥大电网优化配置资源的能力，挖掘交流电网强大的安全支撑能力及直流的潮流调整能力。扩大电网柔性化建设改造范围，利用柔性交流、柔性直流等技术手段，提高电网运行灵活性、减少电网安全约束，开展全国范围内风、光、水电的联合互济，压缩火电开机，进一步增加新能源的跨区输送。
　　
　　2.全过程新能源集群运行控制：已经基本普及的AGC、AVC在新能源并网中发挥了重要作用，需要实现全覆盖。在各省、风区及风光场实施分级集群控制，在处于电网薄弱环节的风光场建设电池、飞轮、蓄热等形式的储能系统，运用储能技术、热电冷三联供技术、能量路由器技术推广分布式电源，同时将相关场群关联成为“虚拟电场”，在电网统一调度下实现有功功率的全范围优化协调控制及无功功率的分区平衡。
　　
　　3.全景式新能源功率预测：根据我国气候特点，实施“全景”式集合功率预测。建立“三北”地区的风电及光伏功率预测中心、东部的海上风电功率预测中心、中南部的水电预测中心，根据各地区预测开展全范围能源互济。
　　
　　学习美国及欧洲的先进经验，开展包含误差概率的集合预报，在误差概率小的预报时段将新能源预报纳入电网实时平衡，以充分挖掘电网调峰潜力。
　　
　　4.全过程新能源安全保障：开展新能源运行的动态安全评估。通过对大量电网运行数据的分析，利用并行计算能力，实现大容量新能源运行情况下，电网安全性的实时评估。评估结果用于电网调度接纳新能源的实时评估辅助决策。
　　
　　全面落实风电高、低电压穿越治理，统一制定风光电场内相关设备的运行电压标准，避免大面积脱网及无序脱网事故发生。同时控制大面积脱网后的自并列行为，减少事故情况下对电网的二次冲击。在建设运行好风光场SVC、SVG等动态无功设备的同时，在部分重要的电网汇集站增加动态无功设备，以解决新能源极大功率时的电压问题。
　　
　　二、“广域”式感知的新能源理念
　　
　　“广域”式感知的新能源应该是互联网+电力系统的模式，利用大数据挖掘手段，把新能源的消纳从发电、电网扩展到规划设计、预测、运维、绿电证书交易、新能源使用等环节。
　　
　　1. 新能源发展的规划、统计。分析新能源运行的历史数据，包括不同年份和季节的风资源、光辐照度情况，电网运行及约束情况，弃风弃光统计、功率预测的电量误差率，用于向政府、行业内发布相关信息，指导新能源发展规划。
　　
　　2. 风光场站运行维护、优化检修应用。挖掘历史数据，包括风光设备及场站运行可用率、设备故障率及故障类型等；分析预测数据，包括功率预测及交易信息，由运行业主与维护方在数据交易平台上进行直接数据交易，确定维护价格及优化检修安排。
　　
　　通过风光场数据的传输共享，在强大的后台分析决策系统支持下，达到风机的最优转矩控制和叶尖速比。实时分析不同风向对发电功率的影响，优化开机，实现全场功率最大化，以及根据风向变化提前调整偏航，做到新能源运行状态的自适应主动调整，以减少机械载荷、提高抗疲劳强度、提升发电量。
　　
　　正是基于以上理念，MECAL公司的风电场智能运维服务，通过SCADA系统、设备监测传感器及运维日志等数据监控风场运行性能，分析评估设备运行趋势、跟踪发电量，形成日、周、月、年度评估报告，结合丰富的专家经验和成熟的工具，提出检修维护建议及维护成本预测，实现了检修的优化和可预测化。
　　
　　3. 新能源参与电力市场化交易的预测及发布。根据电网运行相关数据信息，由电网调度预测新能源可参与电力市场化交易的容量、电量、交易时段及电价、弃风弃光率，并通过互联网向电力交易各方发布。发电方及电力用户根据发布的信息调整生产计划来增加消纳新能源，实现新能源消纳的自主决策。
　　
　　4. 新能源发电功率预测。分析不同的季节、气候过程、局部气温、空气密度、风向、局部地理特征、场站内单机之间尾流相互干涉与发电功率之间的深层次关联，挖掘历史数据，计算形成风电预测的准确率评价体系，包括极值预测、爬坡预测、正负偏差预测的准确率，用于修正预测结果、提高精度，并通过互联网公开发布。
　　
　　三、“开放”式挖掘的新能源理念
　　
　　目前一些大型风电企业已经建立了数据中心及分析平台，但数据来源有限、各自隔离，无法建立数据的资产管理理念及充分发挥全数据优势，最先进的IT技术难以引入。开放式新能源应利用云计算、大数据、移动互联及智能应用技术，在政府支持下建设独立运营的新能源数据服务云平台，有条件地开放新能源运行及维护、电网运行及约束、气象资源、预测、生产销售等数据，把数据作为资产进行管理，厘清数据资产的所有权、使用权、维护职责、价值评估和交易流程、安全保障，并从使用范围及挖掘方式两方面有条件开放。
　　
　　1.开放范围应包含政府主管部门及气象部门、规划设计方、投资方、电力运营维护方、设备制造方、行业协会、电力交易机构、电力用户等。通过数据开放，为投资决策提供参考、优化风电选址及检修、深化运行分析。搭建开放的新能源电力交易平台，在平台上进行绿证交易、电力现货交易，实现可交易的新能源电力及电量预测、交易意愿申报、交易实施及评估、监管，从而实现新能源生产和交易的去中心化、分散化。
　　
　　2.开放挖掘方式及结果。制定开放式的数据服务云平台架构技术标准，按照授权开放架构。云平台发布新能源运行相关基础信息，研制数据挖掘工具，按合同约定获取及传输相关数据流。获得授权者可自主添加应用模块、自行研发挖掘工具，有条件开放挖掘结果，形成新能源大数据的获得、挖掘、传输、交易、发布全流程。
　　
　　（作者系MECAL（北京）工程技术有限公司总经理）