近十年來，隨著新能源裝機的快速增長及電網建設的不斷加強，新能源上網電量逐年增加，為我國節(jié)能減排做出了突出貢獻。新能源并網運行技術取得了明顯進步，安全運行水平大幅提高，為風電成為非水的第二主力電源提供了強有力的技術保障。但是，由于電網調峰能力不滿足新能源持續(xù)迅猛發(fā)展的需要，消納空間嚴重受限，棄風棄光率逐年上升，新能源發(fā)展似乎已進入瓶頸期。
去年11月7日國家能源局發(fā)布了《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃強調到2020年我國非化石能源消費占一次能源比重達到15%，風電裝機達到2.1億千瓦，太陽能發(fā)電1.1億千瓦，新能源開發(fā)按照集中與分散并舉、就近消納為主的原則，同時依托電力輸送大通道，“三北”地區(qū)可再生能源跨區(qū)消納4000萬千瓦。今年1月5日《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》正式發(fā)布，“十三五”期間要集中力量在可再生能源開發(fā)利用特別是新能源并網技術和儲能、微電網技術上取得突破，全面建設“互聯(lián)網+智慧能源”，提升電網調節(jié)能力，增加新能源消納能力。
根據《規(guī)劃》的意見，需要破除新能源發(fā)展瓶頸、開拓更廣的發(fā)展空間，因而智慧新能源的理念應運而生——利用電網運行控制技術的進步、交直流混聯(lián)大電網優(yōu)勢、互聯(lián)網大數(shù)據的挖掘，智慧新能源應具備獲得全景信息、智能控制及運維、自主交易及決策、多維開放的數(shù)據分析、評估及預測的能力，建設“全景、廣域、開放”式的智慧新能源，應成為下一步新能源發(fā)展的技術路線。
一、“全景”式運行的新能源理念
“全景”式運行新能源應包含全范圍的消納市場、集群控制、功率預測和安全運行。
1.全范圍新能源消納市場：雖然部分新能源大省的裝機比例已經達到30%甚至突破50%，年上網電量比例也已經超過10%，但全國電網非水新能源電量比例也只有不到4%，更大范圍的市場消納存在增加空間。通過近十年的電網建設，目前我國電網已經成為世界上運行電壓等級最高、控制最復雜、輸送潮流最大的電網，新能源輸送消納市場已經明顯擴大。為了進一步增加接納能力，需要結合已經建成及正在規(guī)劃建設中的特高壓交直流通道，充分發(fā)揮大電網優(yōu)化配置資源的能力，挖掘交流電網強大的安全支撐能力及直流的潮流調整能力。擴大電網柔性化建設改造范圍，利用柔性交流、柔性直流等技術手段，提高電網運行靈活性、減少電網安全約束，開展全國范圍內風、光、水電的聯(lián)合互濟，壓縮火電開機，進一步增加新能源的跨區(qū)輸送。
2.全過程新能源集群運行控制：已經基本普及的AGC、AVC在新能源并網中發(fā)揮了重要作用，需要實現(xiàn)全覆蓋。在各省、風區(qū)及風光場實施分級集群控制，在處于電網薄弱環(huán)節(jié)的風光場建設電池、飛輪、蓄熱等形式的儲能系統(tǒng)，運用儲能技術、熱電冷三聯(lián)供技術、能量路由器技術推廣分布式電源，同時將相關場群關聯(lián)成為“虛擬電場”，在電網統(tǒng)一調度下實現(xiàn)有功功率的全范圍優(yōu)化協(xié)調控制及無功功率的分區(qū)平衡。
3.全景式新能源功率預測：根據我國氣候特點，實施“全景”式集合功率預測。建立“三北”地區(qū)的風電及光伏功率預測中心、東部的海上風電功率預測中心、中南部的水電預測中心，根據各地區(qū)預測開展全范圍能源互濟。
學習美國及歐洲的先進經驗，開展包含誤差概率的集合預報，在誤差概率小的預報時段將新能源預報納入電網實時平衡，以充分挖掘電網調峰潛力。
4.全過程新能源安全保障：開展新能源運行的動態(tài)安全評估。通過對大量電網運行數(shù)據的分析，利用并行計算能力，實現(xiàn)大容量新能源運行情況下，電網安全性的實時評估。評估結果用于電網調度接納新能源的實時評估輔助決策。
全面落實風電高、低電壓穿越治理，統(tǒng)一制定風光電場內相關設備的運行電壓標準，避免大面積脫網及無序脫網事故發(fā)生。同時控制大面積脫網后的自并列行為，減少事故情況下對電網的二次沖擊。在建設運行好風光場SVC、SVG等動態(tài)無功設備的同時，在部分重要的電網匯集站增加動態(tài)無功設備，以解決新能源極大功率時的電壓問題。
二、“廣域”式感知的新能源理念
“廣域”式感知的新能源應該是互聯(lián)網+電力系統(tǒng)的模式，利用大數(shù)據挖掘手段，把新能源的消納從發(fā)電、電網擴展到規(guī)劃設計、預測、運維、綠電證書交易、新能源使用等環(huán)節(jié)。
1. 新能源發(fā)展的規(guī)劃、統(tǒng)計。分析新能源運行的歷史數(shù)據，包括不同年份和季節(jié)的風資源、光輻照度情況，電網運行及約束情況，棄風棄光統(tǒng)計、功率預測的電量誤差率，用于向政府、行業(yè)內發(fā)布相關信息，指導新能源發(fā)展規(guī)劃。
2. 風光場站運行維護、優(yōu)化檢修應用。挖掘歷史數(shù)據，包括風光設備及場站運行可用率、設備故障率及故障類型等;分析預測數(shù)據，包括功率預測及交易信息，由運行業(yè)主與維護方在數(shù)據交易平臺上進行直接數(shù)據交易，確定維護價格及優(yōu)化檢修安排。
通過風光場數(shù)據的傳輸共享，在強大的后臺分析決策系統(tǒng)支持下，達到風機的最優(yōu)轉矩控制和葉尖速比。實時分析不同風向對發(fā)電功率的影響，優(yōu)化開機，實現(xiàn)全場功率最大化，以及根據風向變化提前調整偏航，做到新能源運行狀態(tài)的自適應主動調整，以減少機械載荷、提高抗疲勞強度、提升發(fā)電量。
正是基于以上理念，MECAL公司的風電場智能運維服務，通過SCADA系統(tǒng)、設備監(jiān)測傳感器及運維日志等數(shù)據監(jiān)控風場運行性能，分析評估設備運行趨勢、跟蹤發(fā)電量，形成日、周、月、年度評估報告，結合豐富的專家經驗和成熟的工具，提出檢修維護建議及維護成本預測，實現(xiàn)了檢修的優(yōu)化和可預測化。
3. 新能源參與電力市場化交易的預測及發(fā)布。根據電網運行相關數(shù)據信息，由電網調度預測新能源可參與電力市場化交易的容量、電量、交易時段及電價、棄風棄光率，并通過互聯(lián)網向電力交易各方發(fā)布。發(fā)電方及電力用戶根據發(fā)布的信息調整生產計劃來增加消納新能源，實現(xiàn)新能源消納的自主決策。
4. 新能源發(fā)電功率預測。分析不同的季節(jié)、氣候過程、局部氣溫、空氣密度、風向、局部地理特征、場站內單機之間尾流相互干涉與發(fā)電功率之間的深層次關聯(lián)，挖掘歷史數(shù)據，計算形成風電預測的準確率評價體系，包括極值預測、爬坡預測、正負偏差預測的準確率，用于修正預測結果、提高精度，并通過互聯(lián)網公開發(fā)布。
三、“開放”式挖掘的新能源理念
目前一些大型風電企業(yè)已經建立了數(shù)據中心及分析平臺，但數(shù)據來源有限、各自隔離，無法建立數(shù)據的資產管理理念及充分發(fā)揮全數(shù)據優(yōu)勢，最先進的IT技術難以引入。開放式新能源應利用云計算、大數(shù)據、移動互聯(lián)及智能應用技術，在政府支持下建設獨立運營的新能源數(shù)據服務云平臺，有條件地開放新能源運行及維護、電網運行及約束、氣象資源、預測、生產銷售等數(shù)據，把數(shù)據作為資產進行管理，厘清數(shù)據資產的所有權、使用權、維護職責、價值評估和交易流程、安全保障，并從使用范圍及挖掘方式兩方面有條件開放。
1.開放范圍應包含政府主管部門及氣象部門、規(guī)劃設計方、投資方、電力運營維護方、設備制造方、行業(yè)協(xié)會、電力交易機構、電力用戶等。通過數(shù)據開放，為投資決策提供參考、優(yōu)化風電選址及檢修、深化運行分析。搭建開放的新能源電力交易平臺，在平臺上進行綠證交易、電力現(xiàn)貨交易，實現(xiàn)可交易的新能源電力及電量預測、交易意愿申報、交易實施及評估、監(jiān)管，從而實現(xiàn)新能源生產和交易的去中心化、分散化。
2.開放挖掘方式及結果。制定開放式的數(shù)據服務云平臺架構技術標準，按照授權開放架構。云平臺發(fā)布新能源運行相關基礎信息，研制數(shù)據挖掘工具，按合同約定獲取及傳輸相關數(shù)據流。獲得授權者可自主添加應用模塊、自行研發(fā)挖掘工具，有條件開放挖掘結果，形成新能源大數(shù)據的獲得、挖掘、傳輸、交易、發(fā)布全流程。
