内蒙古电网负荷特性与调峰能力分析.pdf

2 0 1 4 年第3 2 卷第5 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNER M0NG0L I A E L EC T RI C P OWER 5 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 - 6 2 1 8 2 0 1 4 0 5 0 0 2 内蒙古电网负荷特性与调峰能力分析 王睿淳， 刘斌 ( 内蒙古电力( 集团) 有限责任公司， 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) 摘要 ： 对 内蒙古电网用电负荷特性及风力发 电负荷特性进行 了分析 ， 依据 目前 的电源结 构 ， 分析 了内蒙古电网的开机方式及调峰能力， 总结了影响 电网调峰能力的主要 因素 ： 负荷 中 心供电能力不足、 供热期间供热机组调峰能力不足、 自备电厂不参与电网调峰等； 提出了政府 出台相关政策优化电源布局、 要求自 备电厂参与调峰、 鼓励建设蓄能调峰电站等建议， 以增加 内蒙古电网的调峰能力， 达到提 高电网接纳风电装机容量能力的 目的。 关键词 ： 电网负荷特性 ； 调峰 能力 ； 风电接纳能力； 风力发电； 自 备 电厂 文献标 志码 ： B 中图分类号： T M7 1 4 文章编号： 1 0 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 t 4 ) 0 5 _ 0 0 0 5 0 6 C h a r a c t e r i s t i c s a n d L o a d P e a k Re g u l a t i o n Ca p a c i t y An a l y s i s o f I n n e r Mo n g o l i a P o we r Gr i d Wa n g Ru i c h u n ，L i u B i n ( I n n e r Mo n g o l i a P o w e r( G r o u p )C o ， L t d ，H o h h o t 0 1 0 0 2 0 ) Abs t r a c t ： Thi s p a p e r s umma r i z e d t h e ma i n f a c t o r s t ha t a f f e c t e d p o we r p e a ki ng c a p a c i t y t h r o u g h t h e r e s e a r c h a b o u t t h e p o we r l o a d c h a r a c t e ri s t i c s a n d wi n d p o we r g e n e r a t i o n l o a d c h a r a c t e r i s t i c s i n I n n e r Mo n g o l i a P o w e r Gr i d O n t h e b a s i s o f p o we r s u p p l y c o n s t r u c t i o n ， t h i s p a p e r a n a l y s e d t h e wa y o f u n i t s t a r t - u p a n d p e a k l o a d r e g u l a t i n g c a p a c i t y ， r e c o mme n d e d t h e g o v e r n me n t wo u l d p u b l i s h r e l e v a n t p o l i c i e s t o o p t i mi z e p o we r s u p p l y d i s t rib u t i o n ， p r o p o s e d t h e r e q u e s t o f c a p t i v e p o we r p l a n t t o p a r t i c i p a t e p e a k r e g u l a t i n g ， e n c o u r a g e d t h e c o n s t ruc t i o n o f s t o r a g e p e a k i n g p o w e r p l a n t s a n d o t h e r s u g g e s t i o n s ，i n o r d e r t o i mp r o v e t h e a b i l i t y o f p o w e r g ad t o a c c e p t wi n d p o we r c a p a c i t y K e y w o r d s ： ga d l o a d c h a r a c t e r i s t i c s ；p e a k i n g c a p a c i t y ；w i n d p o w e r a b s o r b t i v e c a p a c i t y ； w i n d p o w e r ；c a p t i v e p o we r p l a n t 0 引言 在 2 0 1 3 年冬季供热期间 ， 由于 电源结构不合理 和自备电厂不参与电网调峰， 内蒙古电网接纳风电 和保证 居 民供 热矛盾 突 出。虽 然 内蒙 古 电力 ( 集 团) 有限责任公司( 以下简称 内蒙古电力公司) 采取 了一 系列 措施 ， 发挥 电网最大能力 接纳风 电上网 ， 但弃风现象仍然存在 ， 同时由于风电出力 的不可预 测性 ， 火电机组陪运导致预留旋转备用容量较大 ， 火电机组负荷率较低 ， 火力发电厂运行效率下降， 大多数火力发电企业经营效益变差r- 。 本文将在分析用电负荷特性 、 风电特性 以及企 业 自 备电厂运行特点的基础上， 提出提高内蒙古电 网调峰能力的对策和措施 ， 以达到提高电网接纳风 电能力的 目的。 收稿 日 期】 2 0 1 4 0 7 0 3 作者简介】王睿淳( 1 9 6 8 一) ， 男， 内蒙古人， 硕士 ， 高级工程师， 从事电网规划及电力系统运行管理等工作。 6 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 4 年第3 2 卷第5 期 l 内蒙古电网负荷特性 1 1 负荷结构 内蒙古电网供 电负荷包括 3 部分 ： 电网供 电的 公用负荷 ( 以下简称地 区供 电负荷) ； 接人电网运行 的企业 自发 自用负荷( 以下简称 自用负荷) ； 外送华 北 电网负荷 ( 以下简称外送负荷 ) 。 2 0 1 3 年 ， 内蒙古 电网地 区售 电量 1 1 2 0 1 T wh ， 其 中： 大工业用 电量 8 2 5 0 T wh ， 占地区售 电量总量 的 7 3 7 ； 趸售 电量 l 7 2 1 T wh ， 占地区售 电量 总量 的 1 5 4 ； 其他分类电量合计 1 2 3 l T wh ， 占地区售 电量的1 1 0 。从电量结构大致看出， 地区供电负 荷中大工业负荷所 占比重较大 。 1 2 负荷特性 1 2 1 地 区供 电负荷特性 1 2 1 1 年负荷曲线 图 1 为 2 0 1 2 年 、 2 0 1 3 年内蒙古 电网地区供 电最 大负荷统计 ， 可 以看 出， 2 0 1 3 年 内蒙古 电网地 区最 大供 电负荷为 1 5 7 1 2 G W( 出现在 1 0 月份) ， 全年负 荷波动幅度较大 ， 总体呈现上升趋势。 0 疆 I 1 3 _7 7 2 0 1 2 ， ， 女11 3 25 z a t 2： j i ， ，： L _ ； 3 1 3 1 0 1 3 “ 0 12 8 4 ” 1 3 0 4 1 3 0 7 一 ：? ： o z 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 q 7 月 8 月 9 Y l 1 明 1 L 目1 2 月 月份 图 1 内蒙古电网地区供电最大负荷统计图 表 1 为2 0 1 2 年、 2 0 1 3 年内蒙古电网地区供电负 荷最大峰谷差及峰谷差率统计表， 可见 ， 2 0 1 3 年地 区供电负荷最大峰谷差为2 8 8 7 G W， 峰谷差率为 2 1 3 2 ， 与 2 0 1 2 年相比， 峰谷差有所增大 ， 且夏季峰 谷差率增加明显。相对 于第三产业较发达 的地区 ， 内蒙古电网地区供电负荷峰谷差不大 ， 负荷率较 高， 呈现典型重工业用 电特性。 1 2 1 2 E t 负荷曲线 典型 日 选取原则： 夏季典型 日 所在月一般选取 迎峰度夏的6 9 月， 冬季典型日所在月选取迎峰度 冬 的 1 2 月 ， 选取 日负荷 率与月平均 13负荷 率最接 近、 且负荷曲线无异常畸变的日负荷曲线作为典型 13负荷曲线 。本文选取 2 0 1 3 年 7 月 1 5日和 1 2 月 1 5 表 1 地区供 电最大峰谷差及峰谷差率统计表 日的负荷 曲线作为 2 0 1 3 年夏季和冬季典型 日负荷 曲线 ， 见图 2 、 图 3 所示 。可见 ， 2 0 1 2 、 2 0 1 3 年典型 日 负荷曲线变化规律基本相同 ， 2 0 1 3 年夏季负荷水平 与 2 0 1 2 年基 本持 平 ， 冬季 负荷 明显高 于 2 0 1 2年 。 夏季典型 E t 负荷午高峰出现在 1 1 ： O 0 _ _ 1 2 ： 0 0 时 ， 晚 高峰出现在 1 9 ： 0 0 _ _ 2 1 ：0 0 ， 最小值出现在0 3 ： 0 o _ _ 0 4 ： 0 0 。冬季典型 日 负荷午高峰出现在0 9 ： O l 2 ： 0 0 ， 较夏 季早 2 h左右 ， 晚高峰 出现在 l 8 ： 0 0 _ _ 2 0 ： 挺 3 5 O 3 0 0 2 5 O 2 o o 1 5 O 1 o o O5 O O0 o 95 0 - 、 2 o 1 3 年 ， I 、 2 0 1 2 年 l 昌8 8 吕 8 吕 吕8 8 8 g 昌 g 8：兮 g 8 = 譬 瓮 时刻 图2 内蒙古电网地区供电夏季典型日负荷曲线 1 5 o o 1 4 O 0 1 3 m 1 2 o o 慧l 1 O 0 l O 0 o 9 0 o 8 0 o 言 蓉 鸯 西 时刻 图3 内蒙古电网地区供电冬季典型日负荷曲线 2 0 1 4 年第3 2 卷第5 期 王睿淳， 等： 内 蒙古电网 负荷特性与调峰 坌 7 0 0 ， 较夏季出现时问早 1 h 左右， 最小值出现在0 4 ： O 5 ： O O 时。 1 2 1 3 年持续负荷曲线 由2 0 1 2 年、 2 0 1 3 年持续性负荷曲线图( 图4 ) 可 见。 2 0 1 3 年地区供电负荷水平 k L 2 0 1 2 年有所增加， 但最大负荷持续 时间较 2 0 1 2 年短 ， 说明负荷波动幅 度增大。表2 为地区供电负荷持续时间统计结果 ， 可以看出2 0 1 3 年与2 0 1 2 年相 比， 尖峰负荷持续时 间减少 ， 9 7 最大负荷持续 时间减少 7 h ， 9 5 最大 负荷持续时 间减少 6 9 h ， 9 0 最大负荷持续 时间减 少 1 0 3 2 h l 8 0o 1 6oo 1 4 0 O 1 2 0 o 1 0 0 o 8 0 0 m o o 20 o 表2 地区供电负荷持续时间统计h 1 2 2 外送 电负荷特性 图5 为内蒙古电网送华北电网潮流协议曲线， 根据双方协议 ， 内蒙古 电网外送电高峰负荷 3 9 5 G W， 最小负荷 1 9 7 5 G W， 是高峰负荷的5 0 ， 日峰 谷 差 1 9 7 5 G W，日峰谷 差率 5 0 ， 日平 均 负荷 率 79 2 。 垦 挺 | 、 时刻 图5 东送潮流协议曲线 1 2 - 3 企 业 自用 电 负荷特 性 企业 自发 自 用负荷基本上都是工业用电负荷， 最大负荷5 0 0 G W， 负荷率较高， 可以按照不变负荷 考虑。 1 2 4内蒙古电网负荷特性 内蒙古电网供电负荷特性是3 类负荷叠加后的 特性 ， 叠加后夏季 、 冬季典型 日负荷曲线见图6 。 2 0 1 3 年夏季和冬季典型 日负荷曲线变化规律基本 相同， 午高峰出现在 1 0 ： 0 0 _ - 1 3 ： 0 0 ， 晚高峰出现在 1 9 ： 0 2 2 ： 0 0 ， 最小值出现在0 4 ： 0 0 5 ： 0 0 。夏季 典型 日最大负荷 2 2 0 3 G W， 最小 负荷 1 7 8 8 G W， 日 峰谷差 4 1 5 G W， 日峰谷差率 1 9 。冬季典型 日最 大 负 荷 2 3 4 8 G W， 最 小 负荷 1 9 9 0 G W， 日峰 谷差 3 5 8 G W， 日峰谷差率 1 5 。 提 时刻 圈6 内蒙古电网夏季、 冬季典型日叠加负荷曲线 2 电源结构及调峰能力 2 1 电源结构 图7 为2 0 1 3 年年底 内蒙古电网统调装机构成 图 。在统 调装机 中 ， 企业 自备 电厂火 电装机容量 7 2 9 8 G W， 占统调火 电装机容量 的2 1 4 。统调火 电机组 中供热机组容量 1 7 8 2 G W( 含 自备机组容量 2 8 1 G W) ， 占火 电机组装机容量的5 2 3 。 2 2 调峰原则 2 2 1 以常规 大型 火电机 组为 主 内蒙古 电网调峰 电源 主要 以常规 大型火 电机 组为主， 水电站为辅。自备电厂主要为本企业负荷 供 电， 一般 不参与调峰 。6 0 0 MW及 以上常规大型 火电机组的设计可调出力系数( 指机组可调节范围 占机组容量的百分 比) 为6 0 ； 6 0 0 M W 以下 2 0 0 MW 以上火 电机 组 的设计 可调 出力 系数 为 5 0 ； 2 0 0 MW及 以下 火 电机 组的设计 可调 出力系数 为 4 0 。实际运行中， 根据运行机组组合情况， 并考虑 8 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 4 年第3 2 卷第5 期 图7 内蒙古电网电源结构图 煤质、 设备健康等原因， 火电机组综合可调出力系 数夏季取5 0 。冬季供热期间， 由于供热机组肩负 供热任务一般不参与调峰或调峰能力下降， 火电机 组综合可调 出力系数取 3 5 。 2 2 2 可 再 生能源 全额上 网 在满足电网安全稳定运行前提下 ， 最大限度安 排可再生能源上网， 但由于风电、 光伏和生物质发 电的不可预测性， 不参与电力平衡测算。 2 2 3 设 置 电 网旋 转备 用容 量 设置 电网旋转备用容 量为系统最高发 电负荷 的 5 。 2 _ 3调峰能力分析 2 _ 3 1 内蒙古电网风电场的反调峰特性 内蒙古 电网冬季电网调峰能力不足 ， 风 电出力 受 限 ， 实际运行 曲线 不能反 映风力发 电的真 实情 况 ， 本文采用根据气象条件预测的曲线研究冬季风 电典型负荷特性。图8 是内蒙古电网夏季、 冬季风 电出力典型曲线。夏季， 内蒙古风能资源呈现白天 风小 、 晚上风大特点 ， 从 图8中可 以看 出风电有白天 用 电负荷高峰时出力相对小 ， 夜间用电负荷低谷时 出力较大的反调峰特点。冬季风能资源特点与夏 3 5 O 3 0 0 25 O 2 0 0 挺 1 5 0 l 舯 0 5 O O o o 爸_擘 - _ 、 一 一 、 V i 、 、 一 l 一 晨李 图8 内蒙古电网夏季、 冬季风电出力典型曲线图 季相似， 全天的出力变化幅度较夏季小。 图9 是考虑风电反调峰特性的内蒙古电网夏、 冬季典型 日负荷 曲线 图。与 电网供 电负荷特性 比 较 ， 夏季 日峰谷差变为 5 1 4 G W， 增加了 1 0 0 G W， 峰 谷差率变为2 5 ， 上升了6 个百分点， 日 负荷率变为 9 0 ， 下降了2 个百分点 ； 冬季 日峰谷差变为3 6 2 G W， 增加 了0 0 4 G W ， 峰谷差率变为 1 7 ， 上升 了2 个百分点， 日负荷率变为9 1 ， 下降了1 个百分点。 夏季峰谷差比冬季峰谷差大 1 5 2 G W， 风电反调峰 特性是造成夏季调峰难度较大的主要原因。 2 2o o 21 o o 2 00 o 喜 98 o o 0 0 童 l 4oo l 3 oo 牛 1 j 、 、 一 、厦 雾 2 3 2 内蒙古电网开机方式和风电消纳能力 电网的开机方式应满 足电网最大供 电负荷需 求， 旋转备用容量按照最大发电负荷的5 安排， 发 电厂用电率和电网网损率综合起来按照发电负荷 的 1 0 考虑 。 由于光伏 发电和风力发 电运行不稳 定 ， 属于不可调发 电容量 ， 实践 中风 电和光伏发 电 不计人开机容量中。 2 3 2 1 夏季开机方式 夏季 电网供 电最大负荷 2 2 0 3 G W， 需发 电能力 2 4 4 8 G W， 为保证最大供 电负荷所需发电能力及必 需的旋转备用容量 ， 最少需要安排发电开机容量 2 8 0 2 G W。夏季是黄河来水丰水期 ， 安排水 电机组 开机容量0 3 6 G W， 全容量参与调峰， 企业自备电厂 开机容量 5 4 0 G W， 满足 自用 电需要不参与调峰 ， 公 用火电厂最小开机容量需2 2 6 2 G W， 为保证火电机 组稳定运行而不至于停机， 则电网出力最小极限为 1 6 3 1 G W， 供电最小负荷需 1 4 8 8 G W。 2 3 2 2 供热期间开机方式 冬季电网供电最大负荷2 4 3 8 G W， 需发电能力 2 6 0 9 G W， 为保证最大供电负荷所需发电能力及必 需的旋转备用容量 ， 最少需要安排发电开机容量 3 0 0 9 G W。冬季是黄河来水枯水季节， 安排水电机 2 0 1 4 年第3 2 卷第 5 期 王睿淳 ， 等： 内蒙古电网负荷特性与调峰能力分析 9 组开机0 1 8 G W， 全容量参与调峰 ， 企业 自 备电厂开 机容量为 5 4 0 G W( 含 2 8 0 G W供热机组 ) ， 满足 自 用电需要不参 与调峰 ， 公用火 电厂最小开机容量需 2 4 6 9 G W ， 为保证居 民供热 ， 供热期 间公用供热机 组 1 5 0 0 G W全 开 ， 非供热机组 开机容量 9 6 9 G W， 电网调峰能力大幅降低 ， 供热机组开机容量大是冬 季调峰能力不足 的主要原 因。为保证火 电机组稳 定 运 行 而不 至 于 停 机 ， 则 电 网 出力 最 小极 限为 2 1 0 5 G W， 供 电最小负荷极限 1 8 9 4 G W。 2 _ 3 2 _ 3 风 电接纳能力 目前 内蒙古 电网只有在 负荷低谷时段 出现风 电消纳困难问题 ， 负荷 高峰时段风 电消纳较好 ， 因 此 本文 只探讨 负荷低谷 时段风 电接纳 能力 问题 。 电网接纳风电的能力与电网开机方式密切相关 ， 火 电机组开机容量及可调 出力系数 、 水电机组开机容 量 、 火电机组能否安排停机避谷等都是决定 电网风 电消纳能力的因素 。表 3 测算 了在保证电网安全运 行 的开机方式下 ， 电网负荷低谷时段接纳风 电的能 力。根据表3 分析结果， 白 备发电机组不参与调峰、 外送低谷时段按照 1 9 7 5 G W考虑时， 内蒙古 电网负 荷低谷 时段夏季可接纳风 电 3 2 0 G W， 冬季可接纳 风 电0 9 6 G W。当夏季风电出力超过 3 2 0 G W、 冬季 超过 1 0 0 G W时 ， 若要实现不弃风 ， 则需增加东送低 谷 时段 电力或要 求 自备机组参与调峰 。如果 自备 表3 风电接纳能力测算表 G W 参数 夏季典型日 冬季典型 日 发电机组参与调峰， 调峰系数按照4 0 考虑， 可增加 风 电接纳能力 2 0 0 G W； 如果东送低谷 时段 电力能 够提高 ， 则风 电接纳能力也能相应提高。 3 电网调峰存在的问题 3 1 负荷中心供电能力不足 近年来 ， 电源规划建设 、 电网规 划建设 和地区 经济发展布局缺乏有效协调 ， 电源点距离负荷 中心 较远， 出现了电源集中地区装机富余， 而负荷中心 供 电能力不足 的问题 。按照地方政府均衡 发电量 计划政 策 ， 同类机组计划发 电量一致 、 上 网电价相 同 ， 这种情况下发 电成本决定发 电企业利润 ， 企业 为了追求利润最大化 ， 往往选择在煤矿附近建设电 厂。由于在负荷集 中的地区装机容量不足 ， 作为调 峰辅助手段 的水 电机组更多的用于接带基础负荷 ， 调 峰能力削弱 。电网为 了解决 负荷 中心供 电能力 不足 问题 ， 虽然投人较大资金建设输 电线路 ， 但 由 于电网稳定运行方面的问题 ， 输送容量不能成 比例 增加 ， 经济性越来越差 。实际上在煤炭资源富集的 内蒙古地区 ， 所谓 的负荷中心也在 电厂的燃料经济 运距范 围内。相 比较而言 ， 解决内蒙古电网内部负 荷 中心供电能力不足问题 ， 在负荷 中心建设 电厂相 对经济合理 。 3 2 风电不能全额上网 由于风电出力 的不可预测性 ， 电网必须预留充 足 的旋转备用容量 ， 公用火 电机组长时间低负荷 陪 转， 发电效率不高， 经济性较差， 即便如此风电仍然 不能全额上 网。 3 _ 3 供热机组调峰能力不足 冬季供热期 间， 为保证居民供热需求供热机组 全开 ， 非供热机组开机容量将减小 ， 且供热机组在 供热期间调峰能力下降， 导致电网调峰能力不足。 3 4 自备电厂不参与电网调峰 企业 自备机组容量 占电网装机容量比重较大 ， 且在政府扶持政策鼓励下有快速增长的趋势 ， 由电 网供 电的公用负荷越来越少 ， 用 以调峰 的公用火 电 机组容量越来越小 ， 同时由于自备电厂不参与电网 调峰， 导致电网调峰能力进一步降低。 4 提高电网调峰能力的措施 4 1 加强电网规划建设 ， 提高负荷中心供电能力 通过特高压联网方式实现更大地域范围内的 1 0 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 4 年第3 2 卷第5 期 资源优化配置 ， 同时加强内蒙古 电网内部 电网的规 划建设 ， 提高 内蒙古 电网潮 流输送 能力 ， 解决 电网 内部输电断面限制多 、 输变电设备利用率不高的问 题 ， 使调峰能力能够在全 网发挥作用。改变均衡发 电量计划安排原则 ， 出台地域差别化发 电量计划和 上 网电价的政策 ， 通过给予供电能力不足地区机组 多安排电量计划 ， 且上网电价要高于发 电能力富余 地区机组的方式 ， 引导投资商在发电能力不足的地 区建设发电厂。 4 2 企业自备电厂参与调峰 ， 增加电网调峰容量 加强 自备电厂运行管理 ， 企业 自备机组与公用 火电机组共 同承担电网调峰责任 ， 提高电网调峰能 力， 最大限度保证可再生能源全额上网。 4 3 出台有关 电价和辅助服务政策 。 引导发电企业 参与深度调峰 出台发 电侧 峰谷 电价和发 电侧辅助服务政策 ， 鼓励发 电企业深度调峰 ， 通过辅助服务补偿方式弥 补发 电机 组深度 调峰或者停 机避谷 带来 的损失 。 出台针对抽水蓄能的抽水电价 ， 让调峰能力较强的 抽水蓄能电站能够盈利 ， 刺激建设抽水蓄能电站的 积极性 ， 利 用抽水 蓄能 电站 负荷低谷 时段抽水 用 电， 负荷高峰时段放水发电， 使用电负荷特性趋同 于风电发电特性 ， 从而实现不弃风或少弃风 。 参考文献 ： 1 内蒙古电力( 集 团) 有限责任公司 内蒙古电网2 0 1 4 年度 运行方式【 R 呼和浩特 ： 内蒙古电力( 集团) 有限责任公 司， 2 0 1 4 2 1徐 日娥， 董雷， 苏 日娜 内蒙古电网负荷特性分析【 J 1 ， 内蒙 古电力技术 ， 2 0 0 9 ， 2 7 ( 增刊) ： 1 4 【 3 】白雪飞， 王丽宏 ， 杜荣华 风电大规模接人对蒙西电网调 峰能力的影响 J 1 内蒙古电力技术， 2 0 1 0 年， 2 8 ( 1 ) ： 1 - 3 【 4 齐建军， 廉俊芳 ， 赵志宏 6 0 0 MW火电机组深度调峰能 力探讨与经济安全性分析f J 1 内蒙古电力技术 ， 2 0 1 3 ， 3 1 ( 4 ) ：