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传统概念中风电、光伏等新能源属于“间歇性能源”,即存在发电出力接近零的可能性。然而对于大规模的风电场群,用“间歇性”来描述其出力特性并不准确。
随着风电场群集聚规模的增大,风电功率的波动特性呈现较明显的平缓特性。风电场之间相隔距离越大,风电出力特性的关联度越低。随着风电场增多,地域分布变广,气象条件变化在地域分布上的多样性、不同步使得风电场之间的出力具有自然的互补性。风电装机规模越大,风电场群的总体出力极大或极小的概率越低。同时,光伏与风电的出力特性也具有一定的互补性。如果大规模的风、光等新能源作为一个整体来看,其所发电力在电力供应中将占据相当一部分的基荷,其容量替代效应是不可忽略的。
英国牛津大学学者根据英格兰和威尔士境内66个测风点1970年-2003年的测风数据分析发现,超过90%的地区风速同时小于风机切入风速(4m/s)的概率折算为时间每年不到1小时。美国斯坦福大学学者分析了美国中西部19个测风点历史风速得出,1个、7个和19个风电场联合运行的总体保证出力系数分别为0%、4%和11%。并且若考虑风机在风速偏小月份检修,其余正常运行月份的保证出力系数能达到15%。理论上,出力特性相关度低的风电、太阳能发电等新能源装机越多,其整体的保证出力系数越高。
第二,新能源应合理参与电力平衡,替代常规能源。
我国现行的电力规划体系以煤电、水电为基础,而风电、光伏等新能源往往只参加电量平衡而不参加电力平衡(或参加平衡容量可忽略),即不考虑新能源在保障电力负荷供应中的容量贡献。
如此,无论新能源发展规模如何,都不会影响常规电源的规划建设空间。而不考虑新能源的容量贡献,将造成系统实际备用率偏高,常规电源投资浪费。由于只参与电量平衡,新能源装机越多,发电装机总体利用小时数越低,造成新能源和常规电源的经济效益都受到影响。
风电、光伏存在负荷高峰时刻出力接近零的可能性,而火电机组同样具有高峰负荷时段强迫(非计划)停运的概率(根据1995年-2011年数据统计,我国60万千瓦及以上火电机组平均强迫停运率3.05%),停运时间往往持续数周,而且机组也有计划检修停运要求,因此不能认为火电就是100%稳定出力的电源。事实上,电力系统预留的旋转备用已考虑了火电的强迫停运率。
美国研究机构按可再生能源满足80%以上的电力需求规划目标进行仿真研究,表明风电、光伏等新能源满足部分电力负荷容量需求是安全可靠的。
为切实推进能源结构的调整,应结合我国新能源资源特点进一步开展深入研究,合理确定其在电力平衡中的容量贡献。
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