基于新能源發(fā)電風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的探討

張偉科

摘要：風(fēng)能是一種清潔穩(wěn)定的新能源。隨著環(huán)境污染和溫室氣體排放的日益嚴(yán)重，風(fēng)電被公認(rèn)為是有效緩解氣候變化、提高能源安全、促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的全球性解決方案。受到機(jī)構(gòu)和公司的高度關(guān)注。另外，風(fēng)力發(fā)電以其相對(duì)成熟的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、較高的成本效益和資源利用率，成為近年來世界上發(fā)展最快的能源之一。中國(guó)未來的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將會(huì)增加風(fēng)電網(wǎng)的實(shí)力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電發(fā)展的規(guī)范化，加大對(duì)政策資金的支持力度，盡快完善風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)。相信通過這些努力，中國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將在未來取得更大的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；新能源；特點(diǎn)

引言

能源與環(huán)境已經(jīng)成為影響社會(huì)發(fā)展的重要問題。新能源比常規(guī)能源在環(huán)境保護(hù)，節(jié)能減排方面更具有優(yōu)勢(shì)，而新能源發(fā)電技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間。

1 風(fēng)能的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)能不能成為完全獨(dú)立和主要的能源。風(fēng)能取之不盡，用之不竭。它可以無限期地為人類服務(wù)。風(fēng)能的利用簡(jiǎn)單方便。我們知道，當(dāng)大部分能源被利用時(shí)，需要一系列復(fù)雜的過程。此外，使用中所需的設(shè)備和裝置的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，精確且昂貴。風(fēng)能的使用非常簡(jiǎn)單。它可以立即使用而不會(huì)污染環(huán)境。由于風(fēng)能的這些優(yōu)點(diǎn)，許多國(guó)家使用風(fēng)能發(fā)電。風(fēng)能具有一定的動(dòng)能。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，只要風(fēng)速達(dá)到3米/秒，發(fā)電就可以開始。眾所周知，風(fēng)力發(fā)電過程是通過風(fēng)力渦輪機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在發(fā)電過程中，它由電力電子，調(diào)頻器，調(diào)速器和其他相關(guān)控制單元組成。為更好推動(dòng)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展，國(guó)家發(fā)改委于 2008 年提出了按照“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的要求，規(guī)劃建設(shè)八個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地的發(fā)展目標(biāo)。八個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地分別位于甘肅酒泉、新疆哈密、河北、吉林、內(nèi)蒙古東部、內(nèi)蒙古西部、江蘇、山東等風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。根據(jù)規(guī)劃，到 2020 年，在配套電網(wǎng)建成的前提下，各風(fēng)電基地具備總裝機(jī) 1.4 億 kW 的潛力。

2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)能資源主要包括陸地資源與近海離岸資源兩部分。風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今非水可再生能源發(fā)電中技術(shù)最成熟、最具有大規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化前景的發(fā)電方式，也是目前新能源發(fā)展的重點(diǎn)方向。中國(guó)幅員遼闊，海岸線長(zhǎng)，陸地面積約960萬平方公里，海岸線（包括島嶼）約3.2萬公里。它擁有豐富的風(fēng)能資源和巨大的風(fēng)能開發(fā)潛力。根據(jù)中國(guó)氣象局2014年發(fā)布的最新評(píng)估，中國(guó)土地70米高、150瓦/平方米的風(fēng)力發(fā)電密度為72億千瓦，風(fēng)力發(fā)電密度在200瓦/平方米以上，風(fēng)能技術(shù)可開發(fā)50億千瓦。

2.1發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)全球風(fēng)能委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)，從2001年到2016年，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)了49.53%的復(fù)合年增長(zhǎng)率。到2010年底，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到44733兆瓦，超過美國(guó)，成為世界上最大的風(fēng)力發(fā)電大國(guó)。安裝的國(guó)家。2011年，中國(guó)新裝機(jī)容量和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量仍居世界第一位。2012年，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量為12960兆瓦（居世界第二位），累計(jì)裝機(jī)容量為75324兆瓦（居世界第一）。2013年至2016年，中國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量居世界首位。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排的目標(biāo)，中國(guó)將繼續(xù)大力推進(jìn)清潔能源的高效利用，大力發(fā)展新能源和可再生能源。風(fēng)電無疑是風(fēng)力發(fā)電的重要發(fā)展方向之一，未來風(fēng)電行業(yè)將保持較高的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2.2 對(duì)電力系統(tǒng)的影響

眾所周知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)驅(qū)動(dòng)。風(fēng)的隨機(jī)波動(dòng)和間歇性決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出也是波動(dòng)和間歇的。因此，大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)接入會(huì)帶來波動(dòng)的電力，這將增加電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。

（1）對(duì)電能質(zhì)量的影響。由氣流運(yùn)動(dòng)引起的風(fēng)速波動(dòng)周期通常為幾秒到幾分鐘。這種短時(shí)間的風(fēng)速波動(dòng)和風(fēng)力渦輪機(jī)本身的運(yùn)行特性可能會(huì)影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。首先，它會(huì)對(duì)頻率產(chǎn)生影響：風(fēng)力發(fā)電中有功功率的波動(dòng)會(huì)引起電磁波動(dòng)。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以跟上電磁功率的瞬時(shí)變化，導(dǎo)致功率不平衡，這將改變發(fā)電機(jī)的速度和系統(tǒng)的頻率。另外，風(fēng)電對(duì)電壓也有影響：并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)輸出功率波動(dòng)導(dǎo)致電壓波動(dòng)，輸出功率頻率范圍在電壓閃變（25Hz）范圍內(nèi)，因此會(huì)造成電壓閃爍，最后產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流。

（2）對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。對(duì)于較弱的電網(wǎng)，風(fēng)電的波動(dòng)將導(dǎo)致瞬時(shí)電壓驟降和風(fēng)力渦輪機(jī)的頻繁停頓或誤動(dòng)。在故障清除后，發(fā)電機(jī)的磁化和滑差率的增加將消耗大量的無功功率，導(dǎo)致電壓恢復(fù)的困難。

（3）對(duì)調(diào)頻和調(diào)峰能力的影響。由氣流的長(zhǎng)期和季節(jié)性運(yùn)動(dòng)引起的風(fēng)速波動(dòng)周期通常為幾小時(shí)，甚至幾天和幾個(gè)月。這種長(zhǎng)周期風(fēng)速波動(dòng)將增加現(xiàn)有電網(wǎng)中調(diào)頻和調(diào)峰的負(fù)荷。負(fù)荷曲線波谷期通常對(duì)應(yīng)于風(fēng)電輸出的峰值期。風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)發(fā)電擴(kuò)大了電網(wǎng)等效負(fù)荷的峰谷差，大大增加了調(diào)頻負(fù)荷和電網(wǎng)峰值調(diào)節(jié)。

3 風(fēng)電與儲(chǔ)能設(shè)備并網(wǎng)可行性分析

風(fēng)電有不確定性。在一定時(shí)間段內(nèi)，風(fēng)電產(chǎn)生的電力可能大于電網(wǎng)的負(fù)荷電力，而在另一個(gè)時(shí)期，風(fēng)電產(chǎn)生的電力可能小于負(fù)荷電力。在這兩個(gè)時(shí)期，風(fēng)電產(chǎn)生的總功率可能足以滿足負(fù)荷需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)能規(guī)模逐步擴(kuò)大。將儲(chǔ)能設(shè)備并入與風(fēng)電相連的電力系統(tǒng)，可以有效克服風(fēng)電不確定性的影響，提高供電的安全性和可靠性。儲(chǔ)能設(shè)備可以起到調(diào)峰和調(diào)頻的作用，使機(jī)組輸出平穩(wěn)。因此，利用風(fēng)能資源進(jìn)行發(fā)電可以減少傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的輸出，節(jié)省能源和發(fā)電成本，并保持環(huán)境；另一方面，由于其較大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，也會(huì)給電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

因風(fēng)電場(chǎng)的出力具有不確定性，在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，將風(fēng)電場(chǎng)的出力按照負(fù)荷來處理的方法雖然一定程度上解決了風(fēng)電場(chǎng)的處理方法，然而對(duì)風(fēng)電場(chǎng)出力隨機(jī)性顧及不足。因此，相關(guān)學(xué)者采用不同的科學(xué)數(shù)理方法來對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行討論分析，本文對(duì)新能源風(fēng)力發(fā)電有一定參考意義。

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（作者單位：中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司）