近十年來，隨著新能源裝機的快速增長及電網(wǎng)建設(shè)的不斷加強，新能源上網(wǎng)電量逐年增加，為我國節(jié)能減排做出了突出貢獻。新能源并網(wǎng)運行技術(shù)取得了明顯進步，安全運行水平大幅提高，為風(fēng)電成為非水的第二主力電源提供了強有力的技術(shù)保障。但是，由于電網(wǎng)調(diào)峰能力不滿足新能源持續(xù)迅猛發(fā)展的需要，消納空間嚴(yán)重受限，棄風(fēng)棄光率逐年上升，新能源發(fā)展似乎已進入瓶頸期。
去年11月7日國家能源局發(fā)布了《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃強調(diào)到2020年我國非化石能源消費占一次能源比重達到15%，風(fēng)電裝機達到2.1億千瓦，太陽能發(fā)電1.1億千瓦，新能源開發(fā)按照集中與分散并舉、就近消納為主的原則，同時依托電力輸送大通道，“三北”地區(qū)可再生能源跨區(qū)消納4000萬千瓦。今年1月5日《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》正式發(fā)布，“十三五”期間要集中力量在可再生能源開發(fā)利用特別是新能源并網(wǎng)技術(shù)和儲能、微電網(wǎng)技術(shù)上取得突破，全面建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”，提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，增加新能源消納能力。
根據(jù)《規(guī)劃》的意見，需要破除新能源發(fā)展瓶頸、開拓更廣的發(fā)展空間，因而智慧新能源的理念應(yīng)運而生——利用電網(wǎng)運行控制技術(shù)的進步、交直流混聯(lián)大電網(wǎng)優(yōu)勢、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的挖掘，智慧新能源應(yīng)具備獲得全景信息、智能控制及運維、自主交易及決策、多維開放的數(shù)據(jù)分析、評估及預(yù)測的能力，建設(shè)“全景、廣域、開放”式的智慧新能源，應(yīng)成為下一步新能源發(fā)展的技術(shù)路線。
一、“全景”式運行的新能源理念
“全景”式運行新能源應(yīng)包含全范圍的消納市場、集群控制、功率預(yù)測和安全運行。
1.全范圍新能源消納市場：雖然部分新能源大省的裝機比例已經(jīng)達到30%甚至突破50%，年上網(wǎng)電量比例也已經(jīng)超過10%，但全國電網(wǎng)非水新能源電量比例也只有不到4%，更大范圍的市場消納存在增加空間。通過近十年的電網(wǎng)建設(shè)，目前我國電網(wǎng)已經(jīng)成為世界上運行電壓等級最高、控制最復(fù)雜、輸送潮流最大的電網(wǎng)，新能源輸送消納市場已經(jīng)明顯擴大。為了進一步增加接納能力，需要結(jié)合已經(jīng)建成及正在規(guī)劃建設(shè)中的特高壓交直流通道，充分發(fā)揮大電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的能力，挖掘交流電網(wǎng)強大的安全支撐能力及直流的潮流調(diào)整能力。擴大電網(wǎng)柔性化建設(shè)改造范圍，利用柔性交流、柔性直流等技術(shù)手段，提高電網(wǎng)運行靈活性、減少電網(wǎng)安全約束，開展全國范圍內(nèi)風(fēng)、光、水電的聯(lián)合互濟，壓縮火電開機，進一步增加新能源的跨區(qū)輸送。
2.全過程新能源集群運行控制：已經(jīng)基本普及的AGC、AVC在新能源并網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用，需要實現(xiàn)全覆蓋。在各省、風(fēng)區(qū)及風(fēng)光場實施分級集群控制，在處于電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的風(fēng)光場建設(shè)電池、飛輪、蓄熱等形式的儲能系統(tǒng)，運用儲能技術(shù)、熱電冷三聯(lián)供技術(shù)、能量路由器技術(shù)推廣分布式電源，同時將相關(guān)場群關(guān)聯(lián)成為“虛擬電場”，在電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度下實現(xiàn)有功功率的全范圍優(yōu)化協(xié)調(diào)控制及無功功率的分區(qū)平衡。
3.全景式新能源功率預(yù)測：根據(jù)我國氣候特點，實施“全景”式集合功率預(yù)測。建立“三北”地區(qū)的風(fēng)電及光伏功率預(yù)測中心、東部的海上風(fēng)電功率預(yù)測中心、中南部的水電預(yù)測中心，根據(jù)各地區(qū)預(yù)測開展全范圍能源互濟。
學(xué)習(xí)美國及歐洲的先進經(jīng)驗，開展包含誤差概率的集合預(yù)報，在誤差概率小的預(yù)報時段將新能源預(yù)報納入電網(wǎng)實時平衡，以充分挖掘電網(wǎng)調(diào)峰潛力。
4.全過程新能源安全保障：開展新能源運行的動態(tài)安全評估。通過對大量電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的分析，利用并行計算能力，實現(xiàn)大容量新能源運行情況下，電網(wǎng)安全性的實時評估。評估結(jié)果用于電網(wǎng)調(diào)度接納新能源的實時評估輔助決策。
全面落實風(fēng)電高、低電壓穿越治理，統(tǒng)一制定風(fēng)光電場內(nèi)相關(guān)設(shè)備的運行電壓標(biāo)準(zhǔn)，避免大面積脫網(wǎng)及無序脫網(wǎng)事故發(fā)生。同時控制大面積脫網(wǎng)后的自并列行為，減少事故情況下對電網(wǎng)的二次沖擊。在建設(shè)運行好風(fēng)光場SVC、SVG等動態(tài)無功設(shè)備的同時，在部分重要的電網(wǎng)匯集站增加動態(tài)無功設(shè)備，以解決新能源極大功率時的電壓問題。
二、“廣域”式感知的新能源理念
“廣域”式感知的新能源應(yīng)該是互聯(lián)網(wǎng)+電力系統(tǒng)的模式，利用大數(shù)據(jù)挖掘手段，把新能源的消納從發(fā)電、電網(wǎng)擴展到規(guī)劃設(shè)計、預(yù)測、運維、綠電證書交易、新能源使用等環(huán)節(jié)。
1. 新能源發(fā)展的規(guī)劃、統(tǒng)計。分析新能源運行的歷史數(shù)據(jù)，包括不同年份和季節(jié)的風(fēng)資源、光輻照度情況，電網(wǎng)運行及約束情況，棄風(fēng)棄光統(tǒng)計、功率預(yù)測的電量誤差率，用于向政府、行業(yè)內(nèi)發(fā)布相關(guān)信息，指導(dǎo)新能源發(fā)展規(guī)劃。
2. 風(fēng)光場站運行維護、優(yōu)化檢修應(yīng)用。挖掘歷史數(shù)據(jù)，包括風(fēng)光設(shè)備及場站運行可用率、設(shè)備故障率及故障類型等;分析預(yù)測數(shù)據(jù)，包括功率預(yù)測及交易信息，由運行業(yè)主與維護方在數(shù)據(jù)交易平臺上進行直接數(shù)據(jù)交易，確定維護價格及優(yōu)化檢修安排。
通過風(fēng)光場數(shù)據(jù)的傳輸共享，在強大的后臺分析決策系統(tǒng)支持下，達到風(fēng)機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制和葉尖速比。實時分析不同風(fēng)向?qū)Πl(fā)電功率的影響，優(yōu)化開機，實現(xiàn)全場功率最大化，以及根據(jù)風(fēng)向變化提前調(diào)整偏航，做到新能源運行狀態(tài)的自適應(yīng)主動調(diào)整，以減少機械載荷、提高抗疲勞強度、提升發(fā)電量。
正是基于以上理念，MECAL公司的風(fēng)電場智能運維服務(wù)，通過SCADA系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測傳感器及運維日志等數(shù)據(jù)監(jiān)控風(fēng)場運行性能，分析評估設(shè)備運行趨勢、跟蹤發(fā)電量，形成日、周、月、年度評估報告，結(jié)合豐富的專家經(jīng)驗和成熟的工具，提出檢修維護建議及維護成本預(yù)測，實現(xiàn)了檢修的優(yōu)化和可預(yù)測化。
3. 新能源參與電力市場化交易的預(yù)測及發(fā)布。根據(jù)電網(wǎng)運行相關(guān)數(shù)據(jù)信息，由電網(wǎng)調(diào)度預(yù)測新能源可參與電力市場化交易的容量、電量、交易時段及電價、棄風(fēng)棄光率，并通過互聯(lián)網(wǎng)向電力交易各方發(fā)布。發(fā)電方及電力用戶根據(jù)發(fā)布的信息調(diào)整生產(chǎn)計劃來增加消納新能源，實現(xiàn)新能源消納的自主決策。
4. 新能源發(fā)電功率預(yù)測。分析不同的季節(jié)、氣候過程、局部氣溫、空氣密度、風(fēng)向、局部地理特征、場站內(nèi)單機之間尾流相互干涉與發(fā)電功率之間的深層次關(guān)聯(lián)，挖掘歷史數(shù)據(jù)，計算形成風(fēng)電預(yù)測的準(zhǔn)確率評價體系，包括極值預(yù)測、爬坡預(yù)測、正負偏差預(yù)測的準(zhǔn)確率，用于修正預(yù)測結(jié)果、提高精度，并通過互聯(lián)網(wǎng)公開發(fā)布。
三、“開放”式挖掘的新能源理念
目前一些大型風(fēng)電企業(yè)已經(jīng)建立了數(shù)據(jù)中心及分析平臺，但數(shù)據(jù)來源有限、各自隔離，無法建立數(shù)據(jù)的資產(chǎn)管理理念及充分發(fā)揮全數(shù)據(jù)優(yōu)勢，最先進的IT技術(shù)難以引入。開放式新能源應(yīng)利用云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)及智能應(yīng)用技術(shù)，在政府支持下建設(shè)獨立運營的新能源數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺，有條件地開放新能源運行及維護、電網(wǎng)運行及約束、氣象資源、預(yù)測、生產(chǎn)銷售等數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)作為資產(chǎn)進行管理，厘清數(shù)據(jù)資產(chǎn)的所有權(quán)、使用權(quán)、維護職責(zé)、價值評估和交易流程、安全保障，并從使用范圍及挖掘方式兩方面有條件開放。
1.開放范圍應(yīng)包含政府主管部門及氣象部門、規(guī)劃設(shè)計方、投資方、電力運營維護方、設(shè)備制造方、行業(yè)協(xié)會、電力交易機構(gòu)、電力用戶等。通過數(shù)據(jù)開放，為投資決策提供參考、優(yōu)化風(fēng)電選址及檢修、深化運行分析。搭建開放的新能源電力交易平臺，在平臺上進行綠證交易、電力現(xiàn)貨交易，實現(xiàn)可交易的新能源電力及電量預(yù)測、交易意愿申報、交易實施及評估、監(jiān)管，從而實現(xiàn)新能源生產(chǎn)和交易的去中心化、分散化。
2.開放挖掘方式及結(jié)果。制定開放式的數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺架構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照授權(quán)開放架構(gòu)。云平臺發(fā)布新能源運行相關(guān)基礎(chǔ)信息，研制數(shù)據(jù)挖掘工具，按合同約定獲取及傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)流。獲得授權(quán)者可自主添加應(yīng)用模塊、自行研發(fā)挖掘工具，有條件開放挖掘結(jié)果，形成新能源大數(shù)據(jù)的獲得、挖掘、傳輸、交易、發(fā)布全流程。
