新能源并网发电系统简介

根据一次能源的不同，新能源的分类见表1-1。在上述新能源中，风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能的全球储量尤为丰富，具有极大的发展前景^[2-6]。

表1-1 新能源的分类

新能源的利用形式多种多样，其中，由于电力具有清洁、高效、便于远距离传输的特点，并网发电成为其主要应用形式之一。在各国政府的政策扶持下，过去10年中，新能源发电产业发展迅猛，装机容量与发电量逐年增大。截至2010年底，全球新能源发电装机容量约为3.12亿kW，同比增长24.3%，约占全部发电装机容量的6%，其构成如图1-1所示，风电装机容量占63.5%，光伏发电装机容量占12.8%，生物质能及其他发电装机容量占23.7%。截至同年底，我国并网新能源发电装机容量为3670万kW，同比增长约为65%，约占总发电装机容量的4%。其构成如图1-2所示，并网风电装机容量为3131万kW，约占并网新能源发电装机总量的85.3%，并网光伏发电装机容量为40万kW，约占1.1%，生物质能及其他发电装机容量约为500万kW，约占13.6%^[1]。

图1-2 2010年我国并网新能源发电装机容量构成

截至2009年底，全球新能源发电量的构成如图1-3所示，风电发电量占38.8%，太阳能发电量占2.1%，生物质能及其他发电量占59.1%^[1]。2010年，我国新能源发电量约为782亿kW·h，占全部发电量的1.9%，其构成如图1-4所示，风电装机容量为64.1%，太阳能发电装机容量为0.8%，生物质能及其他发电装机容量为35.1%。

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图1-3 2009年世界新能源发电量构成

图1-4 2010年我国新能源发电量构成

在不同形式的新能源发电技术中，风力发电和太阳能光伏发电技术已趋于成熟，其发电成本近年来不断降低，已具有规模化发展的潜力。与之相比，其他形式的新能源发电由于受到地域或成本等因素的限制，目前还不具备规模化开发的条件。事实上，过去10年中，风电和光伏发电产业的发展异常迅猛。截止2012年初，全球风电总装机容量为239GW，其中2011年的新增风电装机容量为42GW^[7]。经过过去几年的发展，全球风电发展中心已逐渐从欧洲和北美洲转移至亚洲。2011年，我国风电新增装机容量为17.6GW，总装机容量达到62.4GW，为全球第一。与此同时，光伏发电成为全球发展速度最快的新能源发电技术之一。截至2010年年底，全球累计光伏发电装机容量约为40GW，为2000年装机容量的27倍，其中2010年新增光伏装机容量为17GW，半数在德国^[8]。截止2011年底，全球风电和光伏发电装机容量见表1-2。

表1-2 截至2011年底，全球风电和光伏发电装机容量排名

随着风电和光伏发电系统的快速规模化发展，其发电量在电网中的比重越来越大。截至2010年，欧洲三个主要风电国家德国、西班牙及丹麦平均风力发电量占总发电量的比例已达到10.5%。即使在总发电量巨大的美国，风电比重也超过了2%。虽然目前我国风电装机容量世界第一，但上网发电率相对较低，仅为总发电量的1.2%。然而，由于我国风力和太阳能资源的分布相对集中，风电场和光伏电场多为集中式建设，因此局部地区渗透率^[2]较高。以风电为例，我国东北电网的风电渗透率已与德国相当，为6%～7%；蒙东电网风电渗透率与丹麦相当，超过20%^[1]。由于风能和太阳能具有时变性和不确定性，且新能源发电系统外特性与传统发电系统具有差异性，电网中新能源发电渗透率的增加将严重影响电力系统的稳定运行^[9]。仍以风电为例，据不完全统计，仅2010年一年，我国共发生600次左右的限制风电出力情况（不含蒙西限电数据），累计弃风电量约为10亿kW·h，约占全年风电发电量的2%；全年共发生30多起风电非正常脱网事故^[1]。为解决此类问题，各国电网运营商相继颁布了针对风电场和光伏电场的并网导则，希望通过规范其输出特性来保障电网的稳定运行。其中，低电压穿越作为必须要满足的要求，成为风电和光伏发电的技术难点之一。