美国风电、光伏发电并网研究

一直以来，美国美国未实现大规模风电及光伏发电并网的风电发电两个主要理由是它们的可控性及可调度性差，并且成本高昂。光伏而电网运营商们渐渐发现，并网事实并非如此。研究

“纽约电力调度中心(NewYorkISO)是美国首个将风电这种分布式间歇性资源应用于电力经济调度及阻塞管理的。当时人们认为利用风电并网来维护电网的风电发电稳定性真是个疯狂的举措，”国家可再生能源实验室(NREL)的光伏高级研究工程师埃瑞克艾拉说，“但如今在美国几乎每一个电力调度中心都开始这么做。并网我们还将进一步利用风电的研究灵活性，为维护电力系统的美国稳定性提供更多支持。另外，风电发电大规模的光伏光伏发电也将逐步并网来保证电网稳定性。

美国国家可再生能源实验室(NREL)、并网美国电力研究院(EPRI)及科罗拉多大学正在研究如何实现风电和光伏发电的研究有功功率控制，从而使它们像传统能源发电那样保持电网的稳定性。研究重点集中在有功功率控制的调节储备和一次调频两方面。

“有功功率控制是通过控制发电机组的出力来平衡输入功率与负荷功率。”艾拉解释道，“提供调节服务是实现有功功率控制的途径之一，即使是在短时间内。”例如，当大型发电机组突然出现故障时，需要提供备用电力来补充电网的电力损耗，这时就可以通过有功功率控制维持电网的稳定性。此外，它也能在线路负荷和可再生能源出现间歇性变化，需要平衡时稳定电网。

艾拉表示，电网运营商希望有更好的方法解决输电线路过载，电压下降和频率变化方面的问题，但他们未曾考虑过利用新能源发电的有功功率控制来稳定电网，而电力监管机构也没有这方面的推荐和建议。风力涡轮机制造商说，他们有足够的技术支撑来提供新能源发电的有功功率控制这项服务，但似乎新能源开发商们并没有对这方面的需求。而对新能源开发商们来说，由于电网运营商对这项服务需求不大，因此抬高成本以开发新能源的性能，意义甚微。电力监管机构则认为，传统能源发电本身已经可以维持电网的稳定性了，因此要求电网运营商们从新能源开发商那里购买这项服务也是没有意义的。因此关键在于如何将各方观点综合起来从而达到利益平衡。

调节储备可以修正经济调度的时间间隔内电量不平衡的状况。艾拉解释道，它比常规的调度速度稍快，是系统操作者根据发电机输出功率的时刻变化来判断的。美国大平衡地区，地区输电组织(RTOs)、电力调度中心(ISOs)，以及垂直一体化集团公司都有大量调节备用容量。

研究表明，风电在一定时间内可以提供比传统能源“更快更准确”的服务。因为传统能源发电有降低反应速度的热时间常数，而风电完全是动力电子过程，因此能够实现即时反应。

要满足平衡电网的需求，调节备用容量在辅助服务市场将是收益非常可观的一项服务。通常电力市场在调节备用容量服务上的支出比购买能源本身高很多，而且随着更多新能源并入电网，这种花费将更加频繁。艾拉举例说，现如今备用容量市场已达到每千瓦时$0.21(每兆瓦时$209.02)。

一项系统仿真实验的结果显示，若美国加利福尼亚的所有风力发电厂都采用风电来提供调节备用容量，该区电力调度中心可在两个月间将收益提升400万美元。此外，还有很多其他方式能够继续增加收益。

一次调频能减少电网频率的变化。它的必要性在于，当大型发电机脱机时，所有连结的装置都会同步减速，降低频率来弥补功率损失。如果频率下降太多，就要甩负荷或限电来避免大规模灾难性停电。

研究显示，若输电系统中40%以上的电力直接由风电提供，当风电的频率响应不充足时，电网性能就会降低;而系统仿真实验中，若由风电提供频率响应，电网性能将有非常显著的提升。

艾拉说，造成调节储备和频率响应分离的主要经济因素是频率响应没有相应的辅助服务市场。电网运营商和新能源发电商没有足够的市场激励来经营这项服务。另外，频率响应的服务供应每年都在下降，我们认为，一定要有充足的市场激励来提供频率响应服务所需的资源，否则这项服务的供应将持续下降。因此，我们必须保证一次调频这些辅助服务有足够的市场激励，艾拉说，并且不能再阻止任何机构提供相关服务。

利用新能源发电实施有功功率控制的前提条件是，让发电商们都选择参与到这个市场，并设置合理的市场规则，使发电商获得尽可能高的额外税收，这样可再生能源发电将比其他方式表现得更加卓越。有关研究显示，风电最适合实施有功功率控制，且其质量远远超过其他的发电方式。它是电网的维护者，而非损害者。

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