電氣新能源技術(shù)

曲盈盈

摘 要：風(fēng)能作為清潔能源發(fā)展十分迅速，在風(fēng)電發(fā)揮在那過程中也必然有利有弊，文章針對風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀以及風(fēng)電并網(wǎng)的利弊做了簡要的分析并提出了一點參考的解決方案，但是風(fēng)電作為極具潛力的能源所需的研究和探索不是一朝一夕可以完成的。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能發(fā)電；電壓波動；系統(tǒng)影響；風(fēng)電規(guī)劃；風(fēng)電問題

引言

縱觀世界范圍，能源形勢不容樂觀，煤炭資源日漸匱乏，以目前的消耗速度來看支撐不到2050年；石油資源價格不斷飆升，世界范圍內(nèi)的是有爭奪愈來愈烈；環(huán)境污染問題又不容忽視成為了全球各國普遍關(guān)注的問題。電能作為一種清潔可再生的二次能源受到了普遍的青睞，但是電能的產(chǎn)生對一次能源的消耗量相當(dāng)巨大，因此尋找一種清潔的一次能源來發(fā)電就逐漸受到了普遍的關(guān)注。風(fēng)能發(fā)電也就應(yīng)運而生。但是風(fēng)能發(fā)電也存在這一些難以解決的問題，如風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響以及風(fēng)力發(fā)電的規(guī)劃是擺在眼前的現(xiàn)實問題。

1973年的石油危機之前，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)仍處于科學(xué)研究階段，主要在高校和科研單位開發(fā)研究，政府從技術(shù)儲備的角度提供少量科研費。1973年以后，風(fēng)力發(fā)電作為能源多樣化措施之一，列入能源規(guī)劃，一些國家對風(fēng)力發(fā)電以工業(yè)化試點應(yīng)用給予政策扶持，以減稅、抵稅和價格補貼等經(jīng)濟手段給予激勵，推進了風(fēng)力發(fā)電工業(yè)化的發(fā)展。

近年，世界風(fēng)力發(fā)電如雨后春筍，逐年以二位數(shù)速度迅猛增長，截至1998年，全球裝機9689MW。裝機容量前10名的國家是：德國2874MW、美國1890MW、丹麥1400MW、印度968MW、西班牙834MW、荷蘭364MW、英國331MW、中國223MW、意大利180MW和瑞典174MW。

我國風(fēng)力發(fā)電起步于八十年代末，集中在沿海和新疆、內(nèi)蒙風(fēng)能帶。1986～1994年試點，1994年新疆達坂城二號風(fēng)場首次突破裝機10MW（當(dāng)年全國裝機25MW），四年后，全國裝機223MW，增長9倍，占全球風(fēng)力發(fā)電裝機的23%。

1.風(fēng)能發(fā)電優(yōu)勢突出

1.1 風(fēng)能發(fā)電對于環(huán)保貢獻巨大

風(fēng)能資源量大質(zhì)優(yōu)，風(fēng)力發(fā)電優(yōu)勢突出，世界性范圍內(nèi)風(fēng)電發(fā)展迅速。到達地球2%的太陽能可轉(zhuǎn)化成風(fēng)能，以此來計，風(fēng)能總量比水能更大，有人算過，只需地面風(fēng)力的1%，就能滿足全球發(fā)電能量需要。對于由發(fā)電而引起的溫室氣體排放問題來說，燃煤火電最嚴重，燃油火電次之，核電較少，風(fēng)電最少。核電雖然和風(fēng)電的溫室氣體排風(fēng)量差不多，相比火電小了兩個數(shù)量級，但是核電的污染問題目前還沒辦法解決，因此風(fēng)力發(fā)電有著得天獨厚的優(yōu)勢。

1.2 風(fēng)力發(fā)電在世界范圍發(fā)展迅速

由于意識到風(fēng)力發(fā)電的巨大優(yōu)勢，世界各國都開始競相發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。世界性的風(fēng)電發(fā)展以前所未有的速度進行著，全世界的風(fēng)電在1999年已經(jīng)達到了10000MW，而更值得驚奇的是這個數(shù)字在2000年的時候就已經(jīng)翻了一番達到了20000MW以上，2005年的時候又超過了30000MW。風(fēng)電發(fā)展主要以歐洲為主，占到了風(fēng)電總量的2/3，北美占到了1/5，亞洲是1/8。我國的風(fēng)電事業(yè)發(fā)展也較為迅速，已從1997年排列在世界第十位而躍居到現(xiàn)在的第八位，預(yù)計今后還將有更大的進步。我國的風(fēng)力資源相當(dāng)豐富，居世界首位，因此發(fā)展?jié)摿κ志薮?。目前開發(fā)還很不足，主要在內(nèi)蒙、新疆和沿海一些地區(qū)，但是還沒有形成真正的規(guī)模，有待于進一步的開發(fā)和探索。

1.3 中國風(fēng)力發(fā)電的資源配置

2004年5月15日，一份由中國資源綜合利用協(xié)會可再生能源專門委員會、綠色和平組織和歐洲風(fēng)能協(xié)會聯(lián)合發(fā)布的 研究 報告《風(fēng)力12》的中文版在北京發(fā)布。報告認為，到2020年，全球風(fēng)力發(fā)電裝機容量將達到12億千瓦，年發(fā)電量3萬億千瓦時，能夠滿足世界電力需求總量的12%。按照規(guī)劃，屆時中國的風(fēng)力發(fā)電裝機容量將達到2000萬千瓦，占全球風(fēng)電總量的17%。

中國氣象科學(xué)研究院生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象研究所的朱瑞兆教授告訴《了望東方周刊》，中國的風(fēng)能資源主要集中在兩個帶狀地區(qū)，一條是“三北（東北、華北、西北）地區(qū)豐富帶”，其風(fēng)能功率密度在200瓦/平方米～300瓦/平方米以上，有的可達500瓦/平方米以上，如阿拉山口、達坂城、輝騰錫勒、錫林浩特的灰騰梁等，這些地區(qū)每年可利用風(fēng)能的小時數(shù)在5000小時以上，有的可達7000小時以上?！皬男陆綎|北，面積大、交通 方便、地勢平，風(fēng)速隨高度增加很快， 三北地區(qū)風(fēng)能在上百萬千瓦的場地有四五個，這是歐洲沒法比的?！敝烊鹫捉淌谡f：“而這個地帶的缺點是建網(wǎng)少，發(fā)出的電上不了網(wǎng)。”

另一條是“沿海及其島嶼地豐富帶”，其風(fēng)能功率密度線平行于海岸線。沿海島嶼風(fēng)能功率密度在500瓦/平方米以上，如臺山、平潭、東山、南鹿、大陳、嵊泗、南澳、馬祖、馬公、東沙等島嶼，這些地區(qū)每年可利用風(fēng)能的小時數(shù)約在7000-8000小時，年有效風(fēng)能功率密度在200瓦/平方米以上?！把睾u嶼的風(fēng)能是全國最好的，這個地帶的優(yōu)點是建網(wǎng)好，電價高，缺點是地形復(fù)雜，且容易受臺風(fēng) 影響?！敝烊鹫捉淌谝?0米高處的風(fēng)能， 計算 出 中國 陸地風(fēng)能資源 理論 儲量為3226億千瓦，經(jīng)過風(fēng)力機間的湍流和葉片面積修正，得出中國陸地實際可開發(fā)的風(fēng)能約為253億千瓦，而據(jù)估計，中國近海風(fēng)能資源約為陸地的3倍，所以，中國可開發(fā)風(fēng)能資源總量約為10億千瓦

2.1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后會對系統(tǒng)產(chǎn)生不小的影響，會影響到系統(tǒng)的電壓波動和電能質(zhì)量，還會造成諧波污染。其中由風(fēng)電并網(wǎng)所引起的電壓波動和閃變是風(fēng)電并網(wǎng)的主要負面影響。電壓波動為一系列電壓變動或工頻電壓包絡(luò)線的周期性變化，閃變是人對燈光照度波動的主觀視感。雖然現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機組大都采用軟并網(wǎng)方式，但是啟動時仍會產(chǎn)生較大的沖擊電流，使得風(fēng)電機組輸出的功率不穩(wěn)定，進而會導(dǎo)致電壓的波動和閃變。電壓的波動和閃變會使電燈閃爍，電視機畫面不穩(wěn)定，電動機轉(zhuǎn)速變化嚴重影響到工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，在某些特殊行業(yè)電壓不穩(wěn)會使一些精密的儀器出現(xiàn)測量錯誤，嚴重時還會引發(fā)重大事故。

2.2 風(fēng)電對電網(wǎng)功率和暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

風(fēng)力發(fā)電由于風(fēng)速變化莫測，使得風(fēng)電上網(wǎng)功率也隨之不斷振蕩，當(dāng)風(fēng)電的擾動頻率接近系統(tǒng)固有的振蕩頻率時，就會引起大幅度的功率振蕩，并且振蕩的幅度會隨著擾動的幅度而變化。擾動幅度不僅與風(fēng)電擾動有關(guān)，也與系統(tǒng)本身的參數(shù)有關(guān)，因此可考慮從兩方面著手減少擾動對電網(wǎng)的強迫功率振蕩?？傊绻⒕W(wǎng)的風(fēng)電份額較高而系統(tǒng)較脆弱時，并網(wǎng)產(chǎn)生的負面影響是十分巨大的。

3.電池儲能的應(yīng)用

風(fēng)能作為清潔能源大力發(fā)展以來，風(fēng)電的問題也越來越受到電力工作人員的關(guān)注。但是風(fēng)能作為一種間歇性能源，加之風(fēng)能資源的預(yù)測準(zhǔn)確度并不能完全符合電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量的要求，尋求新途徑新思路解決風(fēng)電對系統(tǒng)的影響也自然成了許多電力行業(yè)工作人員的目標(biāo)。采用電池儲能系統(tǒng)可以較好的解決這一問題，及可以保證上網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，又可以補償有功功率，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響?？梢赃x擇由蓄電池組、整流裝置和逆變裝置組成的柔性交流輸電系統(tǒng)作為儲能系統(tǒng)。

4.結(jié)束語

風(fēng)能作為一種清潔的能源，在二十一世紀資源匱乏，環(huán)境問題突出的今天有著相當(dāng)大的吸引力，世界大范圍內(nèi)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)來取代傳統(tǒng)的燃煤和燃油火電。在風(fēng)電發(fā)展方面比較先進的是德國和丹麥等國家，我國的風(fēng)電雖然較之前有了較大的發(fā)展，但是和世界先進水平還有較大的差距。在風(fēng)電發(fā)展方面，除了看到其優(yōu)點以外，缺點也不容忽視，對于電力系統(tǒng)電壓和功率的影響都值得去深入的探索和研究。目前可以通過電池儲能技術(shù)解決較少風(fēng)電對系統(tǒng)的影響，要使風(fēng)電大面積發(fā)展所要做的工作還有很多。（作者單位：西南交通大學(xué)希望學(xué)院）

參考文獻：

[1] 周春平，孫瑤廷，白旭.當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電最新動向[J].發(fā)電設(shè)備，2001，（3）.

[2] 趙洪杰，馬春寧.風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展趨勢[J].水利科技與經(jīng)濟，2006，（9）.

[3] 孫濤，王偉勝，戴慧珠，等.風(fēng)力發(fā)電引起的電壓波動和閃變[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，（12）.