2.1新能源标准总体情况概述
新能源产业涉及设备制造、规划设计、生产管理和调度运行等多个环节,需要建立各环节有机衔接的技术标准体系,促进电源侧和电网侧的整体协调,保障新能源产业的健康可持续发展。新能源并网是国际能源与电力技术发展的前沿和热点。大规模新能源快速发展的背后离不开并网技术标准的有力支撑。
为推动中国风力发电标准化工作,2004年电力行业风力发电标准化技术委员会成立,并启动了一系列标准的制订工作,为中国风电的起步发展奠定了基础。2010年5月,能源行业风力发电标准化技术委员会成立,下设7个分技术委员会。2014年,中国电力企业联合会开展了风电标准体系修订工作,形成了包括7个专业分支共378项标准的标准体系,如图1所示。目前随着行业和技术发展的需要,该标准体系仍在进行持续的修改完善。
图1 中国能源行业风电标准化技术委员会标准体系
光伏方面,为全面推动光伏发电产业发展及标准化工作,中国国家标准化管理委员会联合工信部、国家能源局组建光伏发电及产业化标准推进组,下设基础和材料工作组、电池组件工作组、系统部件工作组和光伏发电并网工作组等。
为加快光伏并网标准体系的建立,2011年中国电力企业联合会联合中国电力科学研究院等单位,承担了中国国家质量监督检验检疫总局公益性行业科研专项科研项目《光伏并网发电关键技术标准研究》,分析研究了光伏并网发电的标准体系,构建了健全合理的包括基础通用、勘察设计、施工验收及质量评定、运行维修和并网检测四大类80余项标准的光伏并网发电标准体系,如图2所示。
图2 中国光伏发电并网标准体系框架
在相关标委会的统一指导下,经过多年的努力,中国风电和光伏发电并网相关的标准基本完备,尤其是以《风电场接入电力系统技术规定》《光伏发电站接入电力系统技术规定》等为核心的一系列重要标准对新能源接入电网的有功无功控制、低电压穿越、电能质量等方面均提出了基本原则和技术要求,有效支撑了新能源发电的大规模并网发展,同时引领和推动了新能源发电技术的进步,促进了产业的发展和升级。
但是随着新能源发电穿透率的逐步提高,新能源并网也面临了一些新的挑战,需要对原有标准进行修订并适当制定一部分新的标准,针对性地提出新能源发电高电压穿越、动态无功注入、间谐波、远程监测、集群控制等方面新的技术要求,降低大规模新能源对电网运行稳定性与电能质量等方面的影响。
2.2新能源并网标准体系的研制经验
风电并网标体系准的发展是我国新能源并网标准体系发展的一个缩影,具有重要的分析和指导意义。
我国的风电发展始于20世纪80年代。1986年,中国第一个商业化并网风电场-马兰风电场在山东荣成并网发电。但是,在此后的较长一段时间内,我国的风电发展一直比较缓慢,主要还是处在试验示范阶段。直到2005年,中国除台湾省外风电累计装机容量仅126.6万kW,拥有风电场62个。这一时期,风电及相关标准的发展呈现以下几个特点:
(1)总体规模较小,装机容量最大的新疆在2005年也仅有18万千万的装机容量。风电占电源总装机的比例也很小,对电网影响有限,没有专门的针对风电接入电网方面的技术标准。
(2)相关设备以进口产品为主,2005年累计市场份额中,国内产品占22.7%,进口产品占77.3%。因此多数情况下等同采用了国外的相关标准,没有考虑中国的实际情况。
(3)相关标准主要是设备层面的标准,主要关注设备运行的安全和可靠性,对设备的并网运行特性关注较少。
我国风电大规模发展始于2005年,同时2005年也是中国新能源发展史上至关重要的一年。2005年2月28日,中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《中华人民共和国可再生能源法》,自2006年1月1日起施行。其中第十一条规定“国务院标准化行政主管部门应当制定、公布国家可再生能源电力的并网技术标准和其他需要在全国范围内统一技术要求的有关可再生能源技术和产品的国家标准。”
在此背景下,国家发改委和国家能源局先后制定了中国风电发展目标,并根据发展现状实时进行调整。主要解决以下几个严峻问题:
(1)风电并网技术储备薄弱,风电并网规划设计、试验检测、功率预测和调度运行等多个环节技术要求不明确、不衔接,造成并网规划和运行无章可循。
(2)国内风电制造业刚起步,发电装备并网技术指标落后、并网性能差,造成大规模风电脱网事故频发,危及电网运行安全。
(3)并网技术严重依赖国际标准,等同采用一些不符合我国实际情况的国际标准,无法适应我国的电网条件,运行可靠性差。
为引导和支撑大规模风电的并网发展,2005年12月12日,我国颁布了国家标准技术指导性文件《风电场接入电力系统技术规定》(GB/Z 19963-2005),首次提出了风电场接入电力系统的技术要求。考虑到当时我国风电尚在发展初期,风电设备制造产业处于起步阶段,因此标准适当放宽了对风电并网的相关技术要求。
在相关产业政策的推动下,经过连续几年的翻番增长,2008年我国的风电装机容量首次超过1000万千瓦。但是,随着我国在电网末端集中开发的风电装机规模不断增长,风电并网对电力系统安全稳定运行带来的影响逐渐显现出来。2008年以后,我国电网中陆续发生了多起大规模风电机组脱网事故。多次的事故分析表明,风电机组不具备低电压穿越能力是主要原因之一。
为适应风电大规模接入,提高风电并网性能,保障电力系统安全稳定运行,全国电力监管标准化技术委员会启动了国家标准《风电场接入电力系统技术规定》的修订工作。标准修订过程中借鉴了国际的先进经验,同时充分考虑了我国风电发展的实际情况。2011年12月30日,修订后的推荐性国家标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》正式发布。
与2005年版本相比较,新国标在风电场有功无功控制、风电出力预测、低电压穿越能力、接入系统测试等方面均增加了相关内容,提出了技术要求和具体指标,并且针对百万千瓦规模的大型风电基地提出了动态无功方面的相关要求。
2011年,国家能源局、原国家电监会陆续出台风电并网管理政策文件,通过对相关技术标准的引用,强化风电并网管理,基本杜绝了大规模风电脱网问题,保障了风电并网后的电网安全。
这一时期,我国针对大规模风电并网开展了大量的科技攻关工作,通过自主创新攻克了多项风电并网领域的关键技术。在凝练提高创新技术的基础上研制了风电并网系列技术标准,实现了风电并网规划和运行各个环节中技术要求和参数的有机衔接和协调统一,摸索出了“科技研发、标准制定与工程应用一体化推进”的标准化工作新模式,实现了标准化和产业化的互动融合,在螺旋式上升的过程中实现了各自的发展和提升。