湖南地处大陆性亚热带季风湿润气候区,气候年内与年际的变化较大,冬寒冷而夏酷热,春夏多雨,秋冬干旱。近年来,随着经济的快速发展,湖南电网用电负荷逐年攀升。但因基础负荷低,空调负荷占比不断增大,用电负荷受气温影响越来越大,湖南电网峰谷差日趋增大,调峰问题日益凸显〔1〕。本文结合湖南电网的运行情况,深入分析电网调峰能力,在合理配置现有调峰电源的同时,积极开发调峰新资源,确保电网安全稳定运行。
受经济增长、电能替代等影响,近年来湖南省用电负荷快速增长。随着产业结构调整及社会经济发展、居民生活水平的提高,第三产业用电量及居民用电量占比逐年增加,空调负荷急剧增加,天气变化对电网负荷的影响也越来越大〔2〕。湖南电网负荷呈现冬夏双峰特征,如图1所示。
(2)相对压实度和含水率。因为黏土颗粒非常小，低质量，颗粒很容易被水分离和运输，相对压实度和含水率较低时，容易造成土壤侵蚀。
图1湖南电网月度最大负荷曲线
选取湖南电网夏季、冬季典型高峰负荷日和春节期间96点负荷曲线进行负荷特性分析,如图2所示。
由于空调负荷占比越来越大,且冬、夏季节空调负荷特性有明显不同,湖南电网负荷呈现较明显的时段性和季节性。冬季空调取暖负荷一般在白天,导致午高峰较大,但夜晚空调负荷显著降低,电网峰谷差较大。夏季空调制冷负荷全天维持较高水平,日负荷率、日最小负荷率均比冬季大,峰谷差相对冬季峰谷差较小。如图2所示,湖南电网日负荷曲线呈现午、晚双峰特性,午高峰一般出现在11∶15左右,冬季晚高峰一般出现在19∶00左右,夏季晚高峰一般出现在21∶30左右。
根据微网的控制方式,当微网和主网并联运转时,超导磁场储能技术通过PQ控制方法,将有功与无功功率设定为零;若微网处在孤岛运转状态时,超导磁场储能技术可转变现有控制策略,转换为恒压恒频控制方法,进而保障微网孤岛运转过程中的电位与频率的稳定性,从而保障超导磁场储能技术下的实时调控和微网孤岛运转下的供电质量。超导磁场储能技术下的电磁储能架构如图3所示。
图2湖南电网典型日负荷曲线
另外,与正常工作日相比,春节期间湖南电网日负荷水平较低,负荷曲线较为平稳,高峰一般出现在11∶15和20∶00左右。这是由于春节期间大部分企业、工业负荷已经停运,用电负荷基本上为居民生活用电及商业用电。
受节能减排政策及经济增长放缓影响,工业负荷增长缓慢,居民、商业用电负荷增长迅速。据统计,湖南电网大工业用电量占比约37%左右,一般工商业和居民用电量占比达到58%左右。负荷结构特性的变化导致峰谷差呈逐渐增大趋势,如图3所示。2018年,湖南电网最大峰谷差为14830MW,同比增加2389%,最大峰谷差率达5469%〔1〕。
图3年度最大峰谷差曲线
图4迎峰度夏期间湖南电网最高负荷与气温
图5气温变化对负荷的影响
截至2018年底,湖南电网调度口径装机约43440MW,其中华中分中心调度装机4620MW,湖南省调调度装机31650MW,各地县调调度装机7170MW〔1〕。当前湖南电网机组类型分为火电、水电、抽水蓄能、风电及光伏,见表1。
表1湖南电网调度装机类型及占比
类型火电水电抽蓄风电光伏装机容量/MW1997016530120034802260占比/%45.9838.062.7685.2
2.2.1省内调峰资源
由表1可以看出,湖南电网调峰主力为公用火电机组,目前火电机组基本调峰范围为额定容量的50%至100%〔4-5〕。季调节及以上调节能力的水电装机容量仅占调度口径装机容量的15%,大部分水电为周调节、日调节及径流式电厂,水电总体调节能力不强。抽水蓄能机组有良好的消峰填谷作用〔5〕,是湖南电网调峰的主力机组之一。
2.2.2区域调峰资源
深化大电网实时平衡能力监控功能应用,滚动分析实时运行中电网上下备用情况,临时修改祁韶直流和鄂湘联络线送电计划,充分利用网间资源优化配置和调剂能力,加大联络线调峰力度。水电集中来水期减少外购电量,必要时启动水电、风电等清洁能源外售应急交易。
随着电网峰谷差的持续增长、新能源的加速发展,湖南电网调峰形势面临巨大压力,尤其是冬季大负荷期间及主汛期水电、风电同时大发的情况下,清洁能源发电需求超过低谷用电负荷,省内电源的调节能力已不能满足电网调峰需要。
湖南电网丰水期典型方式见表2,水电大发期间,考虑祁韶直流最小方式,水电除多年调节水库外其余水电均满发,水电低谷最小可调出力为8800MW;火电开机方式需要同时满足系统最大负荷及备用的要求。在此方式下,低谷时段盈余电力3200MW,调峰异常困难。
表2湖南电网丰水期典型方式MW
成分鄂湘+祁韶水电风电抽水蓄能火电低谷负荷预测盈余低谷最小可调160088001700-1200225099003200
因此,针对湖南电网调峰困难,提出以下建议：
与政府部门加强沟通汇报,争取尽快恢复湖南电网发电侧峰谷分时电价,同时研究利用经济和政策激励措施,适当调整工业企业用电峰谷分时电价差,改善用电结构,引导用电负荷向低谷时段转移,减缓用电高峰负荷的增长速度,一定程度上缓解今后一段时期内湖南电网的高峰电力缺口,同时增加低谷时段用电负荷需求,降低工业企业用能成本,扩大发电企业利用小时,减少发电侧投资,实现“削峰填谷”,有效解决负荷高峰备用紧张、低谷调峰困难的突出矛盾。
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参考文献
〔1〕国网湖南省电力有限公司.2019年度湖南电网运行方式〔Z〕.2019.
〔2〕李光辉,陈浩,陈远扬,等.湖南电网负荷率特性分析〔J〕.湖南电力,2016,36(5)：58-60.
〔4〕张建平,周伟,张啸虎,等.华东电网调峰资源统筹利用研究〔J〕.华东电力,2009,37(5)：708-711.
〔5〕张志锋,徐箭,闫秉科,等.考虑特高压送风电的湖北电网调峰方案〔J〕.电力自动化设备,2013,33(4)：6-11.