面對電力系統中間歇性可再生能源比例日益增長的趨勢, 承擔電網調節重任的傳統水力發電機組將受到什麼影響, 又該如何應對? 近日, Nature Communications (《自然•通訊》) 線上發表了水利水電學院楊建東教授團隊針對這一問題的研究進展.
論文題為Burden on hydropower units for short-term balancing of renewable power systems (《水電機組在可再生能源電力系統中的短期調節負擔》) . 該研究是楊建東教授團隊與瑞典烏普薩拉大學, 瑞典國家電力公司Vattenfall, 美國橡樹嶺國家實驗室的相關團隊合作完成. 論文第一署名單位為武漢大學, 第一作者與通訊作者為楊威嘉副研究員.
當前, 如何應對風能, 太陽能等可再生能源發電的間歇性, 高效地解決可再生能源電力併網和消納問題, 是全球能源領域研究的熱點. 水電機組具有負荷調節速率快, 調節幅度大等優點, 已有多項研究表明, 合理的水電調節將是保證含高比重可再生能源電力系統安全, 穩定運行的關鍵. 然而, 日益增加的電網調節重任將對水電機組將帶來什麼影響? 水電機組在頻繁參與電網調頻下的部件磨損, 發電效率損失機理尚未明確, 相應的電力市場補償機制亦有待深入研究. 此外, 發電機組優化調度與經濟運行的研究通常從中, 長期層面開展, 而小時間尺度 (秒級) 下的研究鮮有報道.
該研究針對水電機組在電網一次調頻中的負擔與調節性能這互相權衡的兩方面問題, 基於秒級時間尺度, 提出了一套結合電站技術特性和經濟性指標的量化評價框架 (Framework) . 該研究以機組調頻過程中的效率損失, 部件磨損, 調節裡程, 頻率質量為四項核心指標, 建立了含軸流轉漿式雙調整水輪機的水力-機械-電氣耦合水力發電系統數學模型, 對機組多種運行條件及 '減負' 運行策略進行了評價.
基於中, 瑞, 美三國的相關發電機組調節補償機制, 該研究對裡程 (Mileage) , 強度 (Strength) , 貢獻 (Contribution) 這三種思路不同的調頻經濟補償方法進行了拓展及對比分析. 研究人員利用該框架及模型, 探究了在未來可再生能源電力系統高功率波動性, 低慣性, 弱阻尼等情景下水電機組調頻的負擔和經濟補償的演變規律.
該研究提出的框架及模型可作為發電企業的有效分析工具, 用以獲取有利的機組運行策略以減少損失及增加補償效益, 並可被電網公司及輸電系統運營商用於深入分析機組實際調節性能與補償激勵機制之間的關係. 論文最後還提到, 希望水電調節研究能引起各界更廣泛的關注及更多人員的參與, 為可再生能源電力系統的高效運行提供保障.
