本文摘要：摘要：我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，多種風(fēng)電利用技術(shù)也伴隨而生。從我國風(fēng)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(fēng)電并網(wǎng)運行、風(fēng)電與其他能源互補、風(fēng)電的大規(guī)模直接利用及分布式風(fēng)電接入與控制等技術(shù)現(xiàn)狀，指出我國風(fēng)電向集中式和分布式并重、
摘要：我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，多種風(fēng)電利用技術(shù)也伴隨而生。從我國風(fēng)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(fēng)電并網(wǎng)運行、風(fēng)電與其他能源互補、風(fēng)電的大規(guī)模直接利用及分布式風(fēng)電接入與控制等技術(shù)現(xiàn)狀，指出我國風(fēng)電向集中式和分布式并重、促進(jìn)多能互補利用技術(shù)推廣、發(fā)展高效率低成本的風(fēng)電利用技術(shù)方向發(fā)展的趨勢，最后從加強(qiáng)新能源激勵政策、新能源消納市場機(jī)制、風(fēng)電并網(wǎng)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方向提出了建議。
關(guān)鍵詞：風(fēng)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(fēng)電裝機(jī)容量不斷增加，風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，“十三五”期間我國的風(fēng)電新增裝機(jī)容量將達(dá)8000萬kW以上，2020年全國風(fēng)電裝機(jī)將超過2.1億kW，但我國風(fēng)電存在的棄風(fēng)問題仍顯嚴(yán)峻。風(fēng)電的高效利用技術(shù)是解決棄風(fēng)的重要途經(jīng)[1-7]，目前國外的風(fēng)電利用技術(shù)包括成熟的壓縮空氣儲能技術(shù)[8-10]、風(fēng)–光儲能技術(shù)[11]、以風(fēng)–光–水互補發(fā)電系統(tǒng)的組合互補技術(shù)[12]、風(fēng)電制氫產(chǎn)電雙儲技術(shù)等[13]，并著重考慮風(fēng)電多能組合技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與社會效益[14-15]。
風(fēng)電方向論文范文：風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)影響
本風(fēng)力發(fā)電論文主要對風(fēng)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(jìn)行了分析和探究。風(fēng)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(hù)具有重大的意義。
與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國風(fēng)電發(fā)展與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)匹配具有一定的特殊性，且風(fēng)電棄風(fēng)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(fēng)電利用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜合研究，并對其發(fā)展前景進(jìn)行分析，以期為我國不同地區(qū)確立風(fēng)電資源的利用方式提供依據(jù)，以提升風(fēng)電能源的消納能力。
1我國風(fēng)電利用技術(shù)現(xiàn)狀與存在的問題
我國在風(fēng)電利用方面主要集中研究的是集群風(fēng)電并網(wǎng)運行、與其他能源組成互補、風(fēng)電的大規(guī)模直接利用及分布式風(fēng)電接入與控制等技術(shù)。
1.1集群風(fēng)電并網(wǎng)運行技術(shù)
在當(dāng)前大規(guī)模風(fēng)電集群發(fā)電技術(shù)中，風(fēng)功率預(yù)測、并網(wǎng)控制及風(fēng)電調(diào)度是其中的核心技術(shù)。在風(fēng)功率預(yù)測方面，我國已經(jīng)有很多科研院校與研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，并且從我國風(fēng)力資源的特點及我國風(fēng)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(fēng)速的預(yù)測和針對風(fēng)電發(fā)電功率的預(yù)測[16]。
在預(yù)測尺度上，主要是對風(fēng)電的時間尺度與空間尺度進(jìn)行的研究，其預(yù)測方法包括基于數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)電預(yù)測、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法的風(fēng)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(fēng)電場與集群風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)、單一風(fēng)機(jī)與風(fēng)電場風(fēng)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(fēng)功率預(yù)測模型，如基于數(shù)值天氣預(yù)報的短期風(fēng)電功率物理預(yù)測法和基于歷史風(fēng)速、風(fēng)電功率、風(fēng)機(jī)艙外溫度、風(fēng)向等參數(shù)與風(fēng)電功率的統(tǒng)計學(xué)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(fēng)電功率預(yù)測等方法，同時結(jié)合風(fēng)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(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)[18-20]。
目前我國研發(fā)的風(fēng)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(fēng)機(jī)安裝地形復(fù)雜與極端天氣情況下的風(fēng)電預(yù)測技術(shù)與方法仍需進(jìn)一步完善。在風(fēng)電的并網(wǎng)控制方面，我國主要研究的是對風(fēng)電機(jī)組層面的控制及對風(fēng)電場、風(fēng)電集群層面的控制。
其中在風(fēng)電機(jī)組層面，主要是對風(fēng)機(jī)調(diào)頻控制的研究，如風(fēng)機(jī)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(fēng)電的主動調(diào)頻過程中，所需建立模型的風(fēng)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(fēng)電的安全穩(wěn)定[21]。對風(fēng)電場、風(fēng)電集群層面的控制的研究，主要是對風(fēng)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(fēng)電的有功調(diào)度控制方面，可以對風(fēng)機(jī)的發(fā)電狀態(tài)進(jìn)行分群設(shè)置，進(jìn)而對風(fēng)電場、單機(jī)與機(jī)群等進(jìn)行有功功率的多目標(biāo)優(yōu)化，同時還可以根據(jù)風(fēng)電接入電力系統(tǒng)建立相應(yīng)關(guān)鍵指標(biāo)的決策機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化等[22-23]。在風(fēng)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(biāo)的風(fēng)電場電壓無功綜合控制系統(tǒng)，對風(fēng)電電網(wǎng)調(diào)度管理有實際指導(dǎo)價值。而在風(fēng)電的無功控制系統(tǒng)研究方面，國內(nèi)主要集中在對風(fēng)電場無功的優(yōu)化選址、機(jī)組的控制策略等方面。
總體而言，我國對風(fēng)機(jī)調(diào)頻控制相對成熟，在單機(jī)、機(jī)組、風(fēng)電場層面均有系統(tǒng)性應(yīng)用，但我國在風(fēng)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(fēng)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(fēng)機(jī)廠商設(shè)備型號與技術(shù)參數(shù)不一，造成風(fēng)電場與集群的自動控制性能不足等問題。
在風(fēng)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(fēng)電的波動性與間歇性特點，仍會在大規(guī)模風(fēng)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(jìn)我國風(fēng)電集中送出調(diào)度運行技術(shù)的開發(fā)，并提高風(fēng)電市場消納的能力與技術(shù)。與陸上風(fēng)電相比，我國海上風(fēng)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(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)。
1.2與其他能源組成互補技術(shù)
風(fēng)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(jìn)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)�；パa發(fā)電技術(shù)中，風(fēng)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(fēng)電、光伏的風(fēng)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(dá)35MW，并且已經(jīng)建立了較好的風(fēng)光互補發(fā)電能量優(yōu)化與協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。風(fēng)水互補系統(tǒng)具有系統(tǒng)功率穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益較好的優(yōu)勢[27]，但風(fēng)水協(xié)同運行仍需考慮風(fēng)險承擔(dān)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(fēng)水互補電源項目、國家電投云南大荒山286MW風(fēng)水互補示范項目等。在風(fēng)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(jìn)行的優(yōu)化分析，并且分別建立了抽蓄電站和風(fēng)電的聯(lián)合運行模型，并基于多目標(biāo)最優(yōu)化模型等方法，計算分析了風(fēng)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(fēng)光互補與風(fēng)水互補技術(shù)的應(yīng)用方面，主要是建立了村級風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)與太陽能風(fēng)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(yuǎn)地區(qū)的用電需求。
為提高風(fēng)電消納問題，近年來國內(nèi)提出了風(fēng)–火電聯(lián)合外送技術(shù)[29]，通過火電機(jī)組的深度調(diào)峰技術(shù)，即包括火電機(jī)組鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃、提高火電機(jī)組的負(fù)荷相應(yīng)速度、節(jié)能降耗、NOx排放及相應(yīng)機(jī)組設(shè)備配備、一次調(diào)頻和邏輯保護(hù)等技術(shù)，實現(xiàn)了對風(fēng)電機(jī)組快速變負(fù)荷的消納與輸出。
其中，風(fēng)火聯(lián)合外送中火電輸電波動幅度越大，則火電機(jī)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(fēng)協(xié)調(diào)技術(shù)、風(fēng)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(fēng)電的大規(guī)模直接利用技術(shù)
風(fēng)電制氫是國外研究與示范應(yīng)用的重點方向。國內(nèi)在風(fēng)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(fēng)電場的“風(fēng)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(fēng)電公司張北分公司風(fēng)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(fēng)電制氫技術(shù)的研究方面，主要是對電解水制氫系統(tǒng)、風(fēng)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(jì)性能有待考核。在風(fēng)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(fēng)電清潔供熱示范項目。
風(fēng)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(fēng)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(fēng)電量減小為1813MW·h。但是風(fēng)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(fēng)供暖的經(jīng)濟(jì)效益欠佳，現(xiàn)有棄風(fēng)供暖運行和結(jié)算模式對棄風(fēng)供暖的經(jīng)濟(jì)效益計算結(jié)果表明，風(fēng)電采暖不利于其他風(fēng)電場和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，同時隨著電采暖比重增加，綁定風(fēng)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(fù)[33-34]。
風(fēng)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(xué)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(fēng)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(jì)成本等瓶頸限制。
1.4分布式風(fēng)電接入與控制技術(shù)
分布式風(fēng)電是除大規(guī)模利用之外風(fēng)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(fù)荷，是一種可作為偏遠(yuǎn)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(fēng)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(fēng)–柴發(fā)電系統(tǒng)和吉林省遼源市東豐縣的“風(fēng)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(fēng)電利用技術(shù)的發(fā)展前景與建議
2.1風(fēng)電利用技術(shù)的發(fā)展趨勢
2.1.1風(fēng)電集中式與分布式并重發(fā)展
我國當(dāng)前鼓勵風(fēng)電向集中式和分布式并重的方向發(fā)展。分布式風(fēng)電與集中式風(fēng)電模式相對應(yīng)，現(xiàn)有的大型風(fēng)電場可以將幾十千瓦到幾萬千瓦的獨立風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)電上網(wǎng)與運輸存儲的難題。從根本上看，分散式風(fēng)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(fēng)能資源就近開發(fā)利用。分布式風(fēng)電的主要優(yōu)勢在于所發(fā)電量全部上網(wǎng)，棄風(fēng)極小;而集中式大規(guī)模風(fēng)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(jìn)陸地風(fēng)電大規(guī)模集中式發(fā)展的同時，推進(jìn)大規(guī)模海上風(fēng)電的集中式發(fā)展模式。
2.1.2促進(jìn)多能互補利用技術(shù)推廣
風(fēng)電等可再生能源具有波動性、隨機(jī)性、間接性的特點，因此單一風(fēng)電能源利用難以滿足用戶負(fù)荷穩(wěn)定的需求，多種能源互補發(fā)電是風(fēng)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(jìn)風(fēng)電能源的清潔高效生產(chǎn)。在未來的風(fēng)電發(fā)展中，我國將加強(qiáng)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(fēng)光互補、風(fēng)水互補、風(fēng)火互補及微電網(wǎng)的多能互補方式得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。
2.1.3發(fā)展高效率低成本的風(fēng)電利用技術(shù)
風(fēng)電制氫技術(shù)是未來風(fēng)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(jìn)步，風(fēng)電制氫將有望成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要匹配技術(shù)，進(jìn)而通過風(fēng)電規(guī)模化制氫與能量管理系統(tǒng)的結(jié)合，為風(fēng)電的規(guī)�；{提供有力技術(shù)保證。同時，風(fēng)電供暖也是未來風(fēng)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(fēng)電供暖系統(tǒng)的優(yōu)化控制，可有效提高風(fēng)電利用效率。
此外，風(fēng)電的其他儲能方式也是未來風(fēng)電利用的重要手段，隨著壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導(dǎo)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(fēng)電的消納與利用提供重要的技術(shù)選擇。
2.2風(fēng)電利用技術(shù)的發(fā)展建議
2.2.1促進(jìn)風(fēng)電等新能源激勵政策建設(shè)
我國應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電、并網(wǎng)、用電等完整風(fēng)電系統(tǒng)的激勵政策建設(shè)：強(qiáng)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(jī)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(jī)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(fēng)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(jìn)煤電的清潔化轉(zhuǎn)化，提高風(fēng)電利用比例，引入市場調(diào)節(jié)機(jī)制，優(yōu)化風(fēng)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(fēng)電等新能源消納市場機(jī)制的建設(shè)
提高優(yōu)先消納風(fēng)電等可再生能源，強(qiáng)化省間調(diào)度能力，促進(jìn)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(jī)制，構(gòu)建風(fēng)電等新能源的省間輸送補償機(jī)制，提高峰值期風(fēng)電的消納補貼，促進(jìn)用戶參與電力需求側(cè)響應(yīng)和市場交易。
2.2.3加強(qiáng)風(fēng)電接網(wǎng)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)
國家應(yīng)建立統(tǒng)一的風(fēng)電發(fā)展管理體系，整合各方面國家資源，設(shè)計風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃、扶植政策，通過對國內(nèi)發(fā)電、電網(wǎng)、風(fēng)機(jī)制造、技術(shù)研發(fā)、氣象等部門的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，為風(fēng)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(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)、檢測與認(rèn)證體系，確保風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)符合我國風(fēng)電資源與相應(yīng)環(huán)境，并加強(qiáng)與國際風(fēng)電檢測認(rèn)證體系接軌，逐步推進(jìn)風(fēng)機(jī)與風(fēng)電利用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。
3結(jié)論
現(xiàn)階段我國風(fēng)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(fēng)電利用技術(shù)的現(xiàn)狀與存在問題，指出了我國風(fēng)電向集中式和分布式并重、促進(jìn)多能互補利用技術(shù)推廣、發(fā)展高效率低成本的風(fēng)電利用技術(shù)方向發(fā)展的趨勢，最后從加強(qiáng)新能源激勵政策、新能源消納市場機(jī)制、風(fēng)電接網(wǎng)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方向提出了建議。
轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http://m.liangshanbai.cn/dzlw/21263.html
