本文摘要：摘要：我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，多種風電利用技術(shù)也伴隨而生。從我國風電利用技術(shù)的現(xiàn)狀與存在問題出發(fā)，綜述并對比了我國集群風電并網(wǎng)運行、風電與其他能源互補、風電的大規(guī)模直接利用及分布式風電接入與控制等技術(shù)現(xiàn)狀，指出我國風電向集中式和分布式并重、
摘要：我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，多種風電利用技術(shù)也伴隨而生。從我國風電利用技術(shù)的現(xiàn)狀與存在問題出發(fā)，綜述并對比了我國集群風電并網(wǎng)運行、風電與其他能源互補、風電的大規(guī)模直接利用及分布式風電接入與控制等技術(shù)現(xiàn)狀，指出我國風電向集中式和分布式并重、促進多能互補利用技術(shù)推廣、發(fā)展高效率低成本的風電利用技術(shù)方向發(fā)展的趨勢，最后從加強新能源激勵政策、新能源消納市場機制、風電并網(wǎng)與技術(shù)標準建設(shè)方向提出了建議。
關(guān)鍵詞：風電,多能互補,集群發(fā)電,分布式發(fā)電,新能源消納
0引言
隨著中國風電裝機容量不斷增加，風電并網(wǎng)規(guī)模逐漸擴大，“十三五”期間我國的風電新增裝機容量將達8000萬kW以上，2020年全國風電裝機將超過2.1億kW，但我國風電存在的棄風問題仍顯嚴峻。風電的高效利用技術(shù)是解決棄風的重要途經(jīng)[1-7]，目前國外的風電利用技術(shù)包括成熟的壓縮空氣儲能技術(shù)[8-10]、風–光儲能技術(shù)[11]、以風–光–水互補發(fā)電系統(tǒng)的組合互補技術(shù)[12]、風電制氫產(chǎn)電雙儲技術(shù)等[13]，并著重考慮風電多能組合技術(shù)的經(jīng)濟性與社會效益[14-15]。
風電方向論文范文：風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)影響
本風力發(fā)電論文主要對風電大規(guī)模并網(wǎng)后所引起的電能質(zhì)量問題和系統(tǒng)穩(wěn)定性問題進行了分析和探究。風能作為一種清潔的新能源，對我們社會的發(fā)展與環(huán)境保護具有重大的意義。
與國外發(fā)達國家相比，我國風電發(fā)展與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)匹配具有一定的特殊性，且風電棄風利用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用相對滯后。本文通過對我國目前風電利用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行綜合研究，并對其發(fā)展前景進行分析，以期為我國不同地區(qū)確立風電資源的利用方式提供依據(jù)，以提升風電能源的消納能力。
1我國風電利用技術(shù)現(xiàn)狀與存在的問題
我國在風電利用方面主要集中研究的是集群風電并網(wǎng)運行、與其他能源組成互補、風電的大規(guī)模直接利用及分布式風電接入與控制等技術(shù)。
1.1集群風電并網(wǎng)運行技術(shù)
在當前大規(guī)模風電集群發(fā)電技術(shù)中，風功率預(yù)測、并網(wǎng)控制及風電調(diào)度是其中的核心技術(shù)。在風功率預(yù)測方面，我國已經(jīng)有很多科研院校與研究機構(gòu)進行了研究，并且從我國風力資源的特點及我國風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式出發(fā)，在預(yù)測方法上包括針對風速的預(yù)測和針對風電發(fā)電功率的預(yù)測[16]。
在預(yù)測尺度上，主要是對風電的時間尺度與空間尺度進行的研究，其預(yù)測方法包括基于數(shù)據(jù)挖掘的風電預(yù)測、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法的風電發(fā)電系統(tǒng)等時間尺度預(yù)測方法，以及包括基于單個風電場與集群風電場風功率預(yù)測技術(shù)、單一風機與風電場風電功率的預(yù)測技術(shù)等空間尺度預(yù)測方法[17]。
在預(yù)測時間上，分別從短期、中期、中長期、長期等角度建立了相應(yīng)的風功率預(yù)測模型，如基于數(shù)值天氣預(yù)報的短期風電功率物理預(yù)測法和基于歷史風速、風電功率、風機艙外溫度、風向等參數(shù)與風電功率的統(tǒng)計學的短期預(yù)測法等，及基于多重離群點平滑轉(zhuǎn)換自回歸模型的短期風電功率預(yù)測等方法，同時結(jié)合風電場的氣壓、氣溫、濕度等天氣影響因素與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非線性函數(shù)建立的中期、長期風電功率預(yù)測技術(shù)[18-20]。
目前我國研發(fā)的風電功率預(yù)測系統(tǒng)已經(jīng)在電網(wǎng)側(cè)與發(fā)電側(cè)實行了大規(guī)模覆蓋，但對于一些山脊、海上等風機安裝地形復(fù)雜與極端天氣情況下的風電預(yù)測技術(shù)與方法仍需進一步完善。在風電的并網(wǎng)控制方面，我國主要研究的是對風電機組層面的控制及對風電場、風電集群層面的控制。
其中在風電機組層面，主要是對風機調(diào)頻控制的研究，如風機變槳控制、轉(zhuǎn)子超速控制與慣性控制等方面，但相關(guān)研究仍有不足，體現(xiàn)為：在風電的主動調(diào)頻過程中，所需建立模型的風電場短期預(yù)測信息考慮仍顯不足，同時常規(guī)的區(qū)域控制偏差控制方法是一種滯后校正控制，從而不利于風電的安全穩(wěn)定[21]。對風電場、風電集群層面的控制的研究，主要是對風電場或集群與傳統(tǒng)電源的省區(qū)發(fā)電協(xié)調(diào)控制。
如在風電的有功調(diào)度控制方面，可以對風機的發(fā)電狀態(tài)進行分群設(shè)置，進而對風電場、單機與機群等進行有功功率的多目標優(yōu)化，同時還可以根據(jù)風電接入電力系統(tǒng)建立相應(yīng)關(guān)鍵指標的決策機制進行系統(tǒng)優(yōu)化等[22-23]。在風電的集群控制方面，我國已經(jīng)研發(fā)并于甘肅電網(wǎng)投入使用了以公共連接點電壓穩(wěn)定為目標的風電場電壓無功綜合控制系統(tǒng)，對風電電網(wǎng)調(diào)度管理有實際指導價值。而在風電的無功控制系統(tǒng)研究方面，國內(nèi)主要集中在對風電場無功的優(yōu)化選址、機組的控制策略等方面。
總體而言，我國對風機調(diào)頻控制相對成熟，在單機、機組、風電場層面均有系統(tǒng)性應(yīng)用，但我國在風電場與集群方面的有功、無功控制技術(shù)尚顯薄弱，雖然已經(jīng)開展了相應(yīng)的研究工作并積累了一定經(jīng)驗，但在大型風電多工況自適應(yīng)調(diào)頻控制的有功控制技術(shù)的應(yīng)用研究較少;同時由于我國風機廠商設(shè)備型號與技術(shù)參數(shù)不一，造成風電場與集群的自動控制性能不足等問題。
在風電調(diào)度方面，我國主要采用的是自動發(fā)電控制(automaticgenerationcontrol，AGC)技術(shù)，目前常用的控制算法為比例–積分–微分控制方法、基于微分博弈理論的控制方法及模型預(yù)測控制(modelpredictivecontrol，MPC)方法，但由于風電的波動性與間歇性特點，仍會在大規(guī)模風電接入對交直流互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊[24]。對此，仍需促進我國風電集中送出調(diào)度運行技術(shù)的開發(fā)，并提高風電市場消納的能力與技術(shù)。與陸上風電相比，我國海上風電近年來發(fā)展勢頭迅猛，但相應(yīng)的技術(shù)研究相對滯后，其高壓直流電輸送、遠程集群控制技術(shù)仍未成熟[25]，同時缺少相關(guān)的規(guī)程規(guī)范與關(guān)鍵技術(shù)標準。
1.2與其他能源組成互補技術(shù)
風電與其他能源組成的互補技術(shù)，是將不同種能源發(fā)電方式進行互補發(fā)電，以提高可再生能源用電的穩(wěn)定需求，具有較好的環(huán)境效益。我國在大規(guī)模互補發(fā)電技術(shù)中，風光互補系統(tǒng)是應(yīng)用較早的互補技術(shù)，其規(guī)模覆蓋幾十千瓦至數(shù)百兆瓦，并具有較好的功率控制幅度[26]，如40MW和20MW的風電、光伏的風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的瞬時送出有功功率波動幅度可達35MW，并且已經(jīng)建立了較好的風光互補發(fā)電能量優(yōu)化與協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。風水互補系統(tǒng)具有系統(tǒng)功率穩(wěn)定、經(jīng)濟效益較好的優(yōu)勢[27]，但風水協(xié)同運行仍需考慮風險承擔能力、投入資源程度及資源利用率3個因素[28]。
目前國內(nèi)開展了包括大唐多倫20MW風水互補電源項目、國家電投云南大荒山286MW風水互補示范項目等。在風水互補技術(shù)的研究方面，主要是對組合系統(tǒng)的綜合效益進行的優(yōu)化分析，并且分別建立了抽蓄電站和風電的聯(lián)合運行模型，并基于多目標最優(yōu)化模型等方法，計算分析了風水互補系統(tǒng)運行年限內(nèi)的最大綜合效益。我國在小型風光互補與風水互補技術(shù)的應(yīng)用方面，主要是建立了村級風光互補發(fā)電系統(tǒng)與太陽能風能無線電話離轉(zhuǎn)臺電源系統(tǒng)等，解決了部分農(nóng)村及偏遠地區(qū)的用電需求。
為提高風電消納問題，近年來國內(nèi)提出了風–火電聯(lián)合外送技術(shù)[29]，通過火電機組的深度調(diào)峰技術(shù)，即包括火電機組鍋爐的低負荷穩(wěn)燃、提高火電機組的負荷相應(yīng)速度、節(jié)能降耗、NOx排放及相應(yīng)機組設(shè)備配備、一次調(diào)頻和邏輯保護等技術(shù)，實現(xiàn)了對風電機組快速變負荷的消納與輸出。
其中，風火聯(lián)合外送中火電輸電波動幅度越大，則火電機組的協(xié)作價值越高，分配的利潤比例也越高。此外，還包括多種能源聯(lián)合互補發(fā)電技術(shù)，包括水–火–風協(xié)調(diào)技術(shù)、風電–火電–抽水蓄能技術(shù)等[30-31]，并建立了國家級清潔能源示范工程的。但是，目前仍然缺少多種電源復(fù)雜特性的電網(wǎng)調(diào)度與靈活性控制方法，同時，多時間尺度的全局優(yōu)化與性能實時控制能力仍顯不足。
1.3風電的大規(guī)模直接利用技術(shù)
風電制氫是國外研究與示范應(yīng)用的重點方向。國內(nèi)在風電制氫領(lǐng)域仍處于研究前期與示范階段，如國網(wǎng)上海市電力公司東海風電場的“風光電結(jié)合海水制氫技術(shù)前期研究”項目，制氫功率100kW、燃料電池發(fā)電30kW的中節(jié)能風電公司張北分公司風電場項目，以及中德合作示范的河北沽源10MW電解水制氫系統(tǒng)等。
在風電制氫技術(shù)的研究方面，主要是對電解水制氫系統(tǒng)、風電場耦合制氫技術(shù)、氫氣的儲存運輸技術(shù)的集成研究[32]，包括以電解水制氫設(shè)備為產(chǎn)出模型研究，氫儲能系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)控制策略等內(nèi)容，但是系統(tǒng)的經(jīng)濟性能有待考核。在風電供暖方面，國內(nèi)已經(jīng)在吉林、新疆、內(nèi)蒙古等地開展了風電清潔供熱示范項目。
風電供暖理論也逐漸完善，目前國內(nèi)已經(jīng)建立了調(diào)度模型，并用于儲熱提升風電消納的規(guī)劃設(shè)計，如在電供熱系統(tǒng)中加入2000MW·h的儲熱裝置，可將棄風電量減小為1813MW·h。但是風電供暖的熱–電協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)方面仍存在不足，同時棄風供暖的經(jīng)濟效益欠佳，現(xiàn)有棄風供暖運行和結(jié)算模式對棄風供暖的經(jīng)濟效益計算結(jié)果表明，風電采暖不利于其他風電場和電網(wǎng)經(jīng)濟效益，同時隨著電采暖比重增加，綁定風電場和電采暖聯(lián)合利益、四方主體總利益以及全社會碳減排量均減小，利益甚至為負[33-34]。
風電的大規(guī)模直接利用技術(shù)還包括壓縮空氣儲能[35]、飛輪儲能[36]、超級電容器儲能[37]，化學蓄能中的鉛酸蓄電池、鋰離子電池和液流電池儲能技術(shù)，風電-高溫燃料電池發(fā)電互補系統(tǒng)[38]，以及新型電轉(zhuǎn)氣技術(shù)等[39]，但大多受到技術(shù)成熟度、經(jīng)濟成本等瓶頸限制。
1.4分布式風電接入與控制技術(shù)
分布式風電是除大規(guī)模利用之外風電的另一種利用形式，通常采用35kV及以下電壓并網(wǎng)，并就近滿足用電負荷，是一種可作為偏遠或孤島地區(qū)電源供應(yīng)的主要方式，其接入方式為多點接入。我國對分布式風電的開發(fā)利用仍處于初級階段，微電網(wǎng)作為分布式發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)有所應(yīng)用，如在浙江省北麂島開發(fā)的分布式風–柴發(fā)電系統(tǒng)和吉林省遼源市東豐縣的“風氣互補”新能源開發(fā)項目等，仍然以項目示范為主。
2我國風電利用技術(shù)的發(fā)展前景與建議
2.1風電利用技術(shù)的發(fā)展趨勢
2.1.1風電集中式與分布式并重發(fā)展
我國當前鼓勵風電向集中式和分布式并重的方向發(fā)展。分布式風電與集中式風電模式相對應(yīng)，現(xiàn)有的大型風電場可以將幾十千瓦到幾萬千瓦的獨立風力發(fā)電機組直接接入配電網(wǎng)的，所產(chǎn)電能就近消納，從而避免了風電上網(wǎng)與運輸存儲的難題。從根本上看，分散式風電通過配電網(wǎng)的接入與就近消納，是一種分布式的發(fā)電方式，可使風能資源就近開發(fā)利用。分布式風電的主要優(yōu)勢在于所發(fā)電量全部上網(wǎng)，棄風極小;而集中式大規(guī)模風電符合我國可再生能源規(guī)劃與一次能源結(jié)構(gòu)要求，推進陸地風電大規(guī)模集中式發(fā)展的同時，推進大規(guī)模海上風電的集中式發(fā)展模式。
2.1.2促進多能互補利用技術(shù)推廣
風電等可再生能源具有波動性、隨機性、間接性的特點，因此單一風電能源利用難以滿足用戶負荷穩(wěn)定的需求，多種能源互補發(fā)電是風電穩(wěn)定輸電的較好利用方式，可根據(jù)供應(yīng)側(cè)的資源條件與需求側(cè)的用能特性，因地制宜、綜合利用，協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度，促進風電能源的清潔高效生產(chǎn)。在未來的風電發(fā)展中，我國將加強對多種電源、多時間尺度的互補發(fā)電系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)、調(diào)峰系統(tǒng)、電網(wǎng)接入與控制技術(shù)等方面的研究，使風光互補、風水互補、風火互補及微電網(wǎng)的多能互補方式得到進一步的推廣應(yīng)用。
2.1.3發(fā)展高效率低成本的風電利用技術(shù)
風電制氫技術(shù)是未來風電發(fā)展的重要方向。隨著電解水制氫成本的降低、儲氫材料技術(shù)的進步，風電制氫將有望成為風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要匹配技術(shù)，進而通過風電規(guī)�；茪渑c能量管理系統(tǒng)的結(jié)合，為風電的規(guī)�；{提供有力技術(shù)保證。同時，風電供暖也是未來風電消納的重要技術(shù)手段，通過對城市供熱系統(tǒng)調(diào)峰能力的研究，優(yōu)化熱–電聯(lián)合運行策略，實施風電供暖系統(tǒng)的優(yōu)化控制，可有效提高風電利用效率。
此外，風電的其他儲能方式也是未來風電利用的重要手段，隨著壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能、超級電容器儲能及新型電轉(zhuǎn)氣技術(shù)的提高與成本的降低，這些技術(shù)將為風電的消納與利用提供重要的技術(shù)選擇。
2.2風電利用技術(shù)的發(fā)展建議
2.2.1促進風電等新能源激勵政策建設(shè)
我國應(yīng)加強發(fā)電、并網(wǎng)、用電等完整風電系統(tǒng)的激勵政策建設(shè)：強化發(fā)電側(cè)的電源調(diào)峰能力建設(shè)，建立完善的火電機組靈活性改造和運行優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新，加快建立火電企業(yè)調(diào)峰輔助服務(wù)補償機制，制定電網(wǎng)側(cè)跨省跨區(qū)送電政策，完善大規(guī)模集群風電控制技術(shù)，發(fā)揮大電網(wǎng)的多種電源平衡能力;在用電側(cè)，推進煤電的清潔化轉(zhuǎn)化，提高風電利用比例，引入市場調(diào)節(jié)機制，優(yōu)化風電調(diào)峰調(diào)頻與分布式技術(shù)發(fā)展策略。
2.2.2加快風電等新能源消納市場機制的建設(shè)
提高優(yōu)先消納風電等可再生能源，強化省間調(diào)度能力，促進跨省送電政策的實施，構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場。同時完善新能源交易機制，構(gòu)建風電等新能源的省間輸送補償機制，提高峰值期風電的消納補貼，促進用戶參與電力需求側(cè)響應(yīng)和市場交易。
2.2.3加強風電接網(wǎng)與技術(shù)標準建設(shè)
國家應(yīng)建立統(tǒng)一的風電發(fā)展管理體系，整合各方面國家資源，設(shè)計風電發(fā)展規(guī)劃、扶植政策，通過對國內(nèi)發(fā)電、電網(wǎng)、風機制造、技術(shù)研發(fā)、氣象等部門的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，為風電發(fā)展創(chuàng)造優(yōu)良環(huán)境。同時，政府還應(yīng)完善我國的風電標準、檢測與認證體系，確保風電標準符合我國風電資源與相應(yīng)環(huán)境，并加強與國際風電檢測認證體系接軌，逐步推進風機與風電利用的技術(shù)標準建設(shè)。
3結(jié)論
現(xiàn)階段我國風電發(fā)展存在一定的不匹配問題，與之相應(yīng)出現(xiàn)諸多利用技術(shù)。綜述了我國風電利用技術(shù)的現(xiàn)狀與存在問題，指出了我國風電向集中式和分布式并重、促進多能互補利用技術(shù)推廣、發(fā)展高效率低成本的風電利用技術(shù)方向發(fā)展的趨勢，最后從加強新能源激勵政策、新能源消納市場機制、風電接網(wǎng)與技術(shù)標準建設(shè)方向提出了建議。
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