風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及化學(xué)儲(chǔ)能的研究進(jìn)展

唐偉航

【摘 要】電能作為一種綠色環(huán)保清潔的能源，在社會(huì)發(fā)展中扮演著越來越重要的角色。在常規(guī)能源瀕臨枯竭和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風(fēng)能作為一種新興可持續(xù)性的綠色環(huán)保能源，備受世界各國(guó)的關(guān)注。論文就風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在推進(jìn)我國(guó)風(fēng)電建設(shè)更加快速發(fā)展。

【Abstract】Electric energy as a green and clean energy， plays an increasingly important role in social development. Under the dual pressures of conventional energy depletion and global ecological deterioration， as a new and sustainable green energy resource， wind energy attracts more and more attention all over the world. In this paper， the development status of wind power and the progress of chemical energy storage technology are reviewed， which aims to promote the development of wind power in China.

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；化學(xué)儲(chǔ)能；電能

【Keywords】 wind power generation； chemical energy storage； electric power

【中圖分類號(hào)】TM614 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）08-0159-02

1 我國(guó)風(fēng)能資源的地域分布

我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，能源消費(fèi)總量位居世界第二。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，2010年我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量2793.9億噸，石油317435.3萬噸，天然氣37793.2億m3，分別占世界的13.3%、1.1%和1.5%。人均資源量少、資源消耗量大、資源利用效率低下、能源結(jié)構(gòu)不合理、以及能源供需矛盾突出[1]，成為我國(guó)能源行業(yè)最基本的現(xiàn)狀。

我國(guó)風(fēng)能資源豐富，開發(fā)前景巨大。我國(guó)東北、華北、西北（三北）和東南沿海及附近島嶼地區(qū)，擁有著豐富的風(fēng)能資源。資料顯示，全國(guó)平均風(fēng)功率密度為100W/m2，風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約32.26億kW，陸地、近海地區(qū)可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量分別有2.53億kW、7.5億kW，僅次于俄羅斯和美國(guó)。同時(shí)全國(guó)第2次風(fēng)能資源普查結(jié)果也顯示，中國(guó)陸地離地面50m的風(fēng)能是離地面10m的一倍，50m高的風(fēng)能經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量約15億kW[2]。目前，我國(guó)已經(jīng)成為全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快的國(guó)家。

2 我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電是目前最成熟、發(fā)展最快、最具開發(fā)前景和商業(yè)化發(fā)展前景的新興發(fā)電方式。我國(guó)風(fēng)電發(fā)展始于上世紀(jì)80年代，起步較晚。在國(guó)家政策措施的推動(dòng)下，近年來我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)步入從粗放式的數(shù)量擴(kuò)張，向質(zhì)量型、效益型轉(zhuǎn)變，穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)的新階段。2006-2009 年連續(xù) 4 年并網(wǎng)風(fēng)電新增裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)。2010年我國(guó)新增風(fēng)電機(jī)組12904臺(tái)，裝機(jī)18927.99MW，2011年全年風(fēng)力發(fā)電再增裝機(jī)達(dá)1763.09萬kW，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到6236.42 萬kW，比同期火電、水電、核電增速高出30%～50 %，居世界第一位。2013年全國(guó)新增風(fēng)電并網(wǎng)容量14490MW，累計(jì)并網(wǎng)容量77160MW，成為新能源中排名第一的能源，也是僅次于火電、水電的第三大電源[3]。2015年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)量再創(chuàng)新高，全國(guó)累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組92981臺(tái)，累計(jì)裝機(jī)容量145362MW，同比增長(zhǎng)26.8%，較10年風(fēng)電裝機(jī)量增長(zhǎng)47倍[3]。截至2016年10月，我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)容量為14122萬kW，同比增長(zhǎng)27.67%。2016年國(guó)家能源局《可再生能源“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出，到2020年非化石能源占能源消費(fèi)總量比例達(dá)到15%，2030年達(dá)到20%，規(guī)劃了“十三五”風(fēng)電的發(fā)展目標(biāo)，到2020年底風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到2.5億kW。隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)一步成熟，相信風(fēng)電必將由補(bǔ)充能源發(fā)展為替代能源，并最終成為主流能源。

3 我國(guó)風(fēng)電目前存在的問題

我國(guó)風(fēng)電發(fā)展迅猛，無論從裝機(jī)容量、還是發(fā)展規(guī)模，都躋身于世界風(fēng)電大國(guó)的行列。但是在風(fēng)電發(fā)展中也出現(xiàn)了瓶頸問題，即棄風(fēng)限電。資料顯示，2013年全國(guó)因棄風(fēng)限電造成的損失電量達(dá)到16231GWh[4]。2016年國(guó)家能源局《可再生能源“十三五”發(fā)展規(guī)劃》顯示，2016年前三季度，甘肅、新疆、吉林、內(nèi)蒙古等10個(gè)省區(qū)存在棄風(fēng)，其中前三位的是甘肅、新疆和內(nèi)蒙古，棄風(fēng)率分別為46%、41%和23%，棄風(fēng)電量達(dá)到394.7億Kw，比2015年全年的339億Kw還多55.7億Kw，棄風(fēng)率和棄風(fēng)電量均創(chuàng)出歷史新高。三北地區(qū)風(fēng)力資源豐富，裝機(jī)容量大，地區(qū)消納能力有限，電網(wǎng)建設(shè)薄弱，特高壓外送通道不足，出現(xiàn)風(fēng)能資源地理分布與現(xiàn)有電力負(fù)荷不匹配，制約了風(fēng)電的發(fā)展。

4 風(fēng)電的儲(chǔ)能技術(shù)

棄風(fēng)帶來的是風(fēng)電高成本，對(duì)新能源的發(fā)展極為不利。解決棄風(fēng)的關(guān)鍵是風(fēng)電消納。風(fēng)電消納包括就地消納和風(fēng)電外送兩種途徑。就地消納方面，三北地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，風(fēng)電消納能力有限。風(fēng)電外送除了超高壓電網(wǎng)的建設(shè)外，儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵。

近年來，儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展為解決大規(guī)模新能源并網(wǎng)問題提供了契機(jī)。儲(chǔ)能技術(shù)能夠使間歇性、波動(dòng)性很強(qiáng)的風(fēng)電變得可調(diào)可控，有利于新能源并網(wǎng)和利用[5，6]。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前主要有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池、鈉硫電池、液流電池和金屬空氣電池等，其中鉛酸電池和鎳鎘電池因?yàn)槲廴締栴}，逐漸被市場(chǎng)所遺棄。endprint

①鋰電池，鋰離子電池是一種高能源效率、高能量密度、自放電小、安全可靠的儲(chǔ)能電池，綜合效率約為85%，可以串聯(lián)或并聯(lián)來獲得高電壓或高容量。不足的是成本相對(duì)較高、儲(chǔ)能容量較小，對(duì)于配合大規(guī)模新能源應(yīng)用，其容量集成的技術(shù)有待進(jìn)一步提高。

②鈉硫電池，鈉硫電池是一種能密度高、充放電效率高、體積小、運(yùn)行成本低、維護(hù)方便的儲(chǔ)能設(shè)備，其工作效率約為70%。鈉硫電池能量密度是鉛酸電池的3倍，空間需求僅是其1/3，適用于城市變電站和特殊負(fù)荷。不足是放電深度和循環(huán)壽命有待進(jìn)一步改善。

③液流電池，液流電池是一種高功率輸出、快響應(yīng)、能量轉(zhuǎn)換率高、易于維護(hù)、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的高性能電池，其深度放電達(dá)100%，額定功率和容量相互獨(dú)立，且配置靈活，適用于新能源發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)、應(yīng)急電源和不間斷電源系統(tǒng)，是目前大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電儲(chǔ)能和調(diào)節(jié)的首選技術(shù)之一，但是能量密度低、高成本是液流電池的不足。

④鉛酸電池，鉛酸電池是一種儲(chǔ)能容量大、技術(shù)成熟、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單的酸性蓄電池，但比能低、自放電率高、循環(huán)壽命短、重金屬污染制約其使用。

⑤金屬空氣電池，金屬空氣電池是一種成本低、綠色環(huán)保、原材料可回收利用、比能高的綠色環(huán)保電池，其中鋁空氣電池的比能約為鉛酸電池的8～10倍，不足是充放電速度緩慢，可以作為備用電源使用。

5 結(jié)語

風(fēng)能是目前新能源發(fā)展最快的能源之一，風(fēng)能發(fā)電改善了我國(guó)電能供應(yīng)的緊張狀況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。我國(guó)風(fēng)能資源豐富地區(qū)，但遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，棄風(fēng)限電制約了風(fēng)電的發(fā)展。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的不斷改進(jìn)和新技術(shù)的研發(fā)，相信不久的將來制約我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的瓶頸問題將得以徹底改善，風(fēng)電這一生態(tài)、環(huán)保新興能源得以更好地造福于人類。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張旭，梁軍，贠志皓，等. 考慮風(fēng)電接入不確定性的廣義負(fù)荷建模及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2014，38（20）：61-67.

【2】陳雯. 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與展望[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010（8）：49-51.

【3】BLAABJERGF， MA K. Future on power electronics for wind turbine systems[J]. Emerging and Selected Topics in Power Electronics， IEEE Journal of，2013，1（3）：139-152.

【4】李俊峰，蔡豐波，喬黎明，等. 2014年中國(guó)風(fēng)電發(fā)展報(bào)告[R].北京：中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)可再生能源專業(yè)委員會(huì)，2014.

【5】WU Q H， ZHENG J， JING Z. Coordinated scheduling of energy resources for distributed DHCs in an integrated energy grid [J]. Power and EnergySystems， CSEE Journal of， 2015，1（1）：95-103.

【6】WADE NS， TAYLOR PC， LANG PD， et al.Evaluating the benefits of an electrical energy storage system in a future smart grid[J]. Energy Policy，2010（38）：7180-7188.endprint