丹麦何以实现高比例风电运行
一、丹麦电力系统概况
(1)电源结构
2013年丹麦全国装机总容量约1539万kW。其中,火电1061万kW,占68%;风电477万kW,占31%。火电机组中热电联产机组比重较大,热电联产机组容量占火电总装机容量的92%以上。火电机组以混合燃料为主,煤/油混合燃料机组占火电装机总量的55.7%,其它主要为燃油或燃气机组。
(2)电网互联和电量交换情况
丹麦输电网主要由400千伏和132/150千伏输电线路以及与挪威、瑞典、德国的互联线路组成。丹麦东西两岛均以380kV和110kV线路为主网架,两岛间通过400kV直流海底电缆互联。丹麦电网与北部的挪威有1条350kV和2回250kV的直流海底电缆,输电能力为85万kW;与北部的瑞典有1回250kV、1回285kV的直流海底电缆,和2回400kV、2回110kV的交流输电线路,合计输电能力275万kW;与南部的德国有1回400kV直流海底电缆,2回380kV、2回220kV和1回150kV的交流输电线路,合计输电能力268万kW。丹麦总体的外送输电容量为628万kW。
虽然丹麦电网送受电量较大,但是净送受电量较小。以2012年为例,丹麦受入电量128.66亿千瓦时,送出电量114.13亿千瓦时,交换电量达到242.79亿千瓦时,但净进口电量仅为14.53亿千瓦时。
(3)负荷特性
2013年丹麦用电最大负荷达到614万kW,出现在1月份,全年负荷呈现冬季大、夏季小的特点。从典型日负荷特性看,全天呈现明显的早、晚两个高峰时段,日峰谷差率达到40%左右。
(4)风电发展与运行情况
2005-2013年丹麦风电增长缓慢,2005年丹麦风电装机容量309万kW,2013年477万kW,年均增长仅5.6%。丹麦电网风电整体利用水平较高。2013年风电年发电量111亿kWh,占丹麦用电量的比例达到33%,风电瞬时出力占负荷比例的最大值达到高达134%,全年风电发电利用小时数超过2500小时。
二、丹麦风电高比例运行的原因分析
依靠欧洲大电力市场,借助挪威等邻国水电机组良好的调节性能,是丹麦风电实现高比例消纳的重要条件之一。丹麦与挪威、瑞典和德国电网之间的输电容量达到628万kW,是2013年全年最大用电负荷的1.02倍,是风电装机容量的1.32倍,因此,丹麦电网具备消纳大规模风电的条件。
从全年运行来看,联络线调节对风电消纳起到重要作用。如图6所示,丹麦电力净送出电力与风力发电出力呈正相关关系。在风电出力多发时段,联络线基本上都是送出电力,并且风电出力越大,联络线送出电力越多。而在风电出力较小时段,丹麦跨国联络线受入电量,满足本地负荷需求。
从典型日运行来看,在风电大发时段联络线大量送出,对风电消纳起到重要作用。以2013年12月21日为例,当日凌晨2:40,当负荷处于304万kW的低谷时段,风电出力达到407万kW,风电出力占比达到134%。当时风电出力已经超过了本地负荷,跨国联络线外送电力254万kW,占风电出力比例达到62%。从全天运行看,当日系统最大负荷492万kW,最小负荷300万kW,峰谷差率39%。风电根据来风情况不受限运行,最大出力431万kW,最小出力341万kW;热电联产机组和联络线配合风电实时调整,热电联产机组高峰时段出力252万kW,低谷时段降至147万kW;全天联络线均送出电力,高峰时段送出电力150万kW,低谷时段增加至254万kW,为促进风电消纳做出贡献。
三、对促进我国风电消纳的相关启示
2013年,我国蒙东、蒙西、甘肃、冀北4个地区,风电装机均超过700万kW,占当地总装机比重分别达到30%、24%、20%和32%,与西班牙装机占比相当。2013年,蒙东、蒙西、甘肃、冀北风电年发电量占用电量比例分别达到37%、12%、11%和9%;风电瞬时出力占负荷比例最大值分别达到111%、36%、39%和20%。这四个地区灵活调节电源比例不足3%,风电运行指标较高的主要原因是依靠大电网调节。
以风电外送电力较高的蒙东为例。蒙东火电装机1559万kW,风电713万kW,通过8回500kV线路和呼辽直流与东北主网连接。2013年4月25日5:40,风电瞬时出力占当地负荷比例达到111%,当时,风电出力293万kW,电网用电负荷264万kW,联络线外送676万kW,风电电力基本全部外送。联络线外送是蒙东风电消纳的主要渠道。