風(fēng)電新能源及其并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀探究

馬春蘭

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

為進(jìn)一步響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的號召，提倡低碳生活，大力發(fā)展風(fēng)電資源是我國可持續(xù)發(fā)展道路上的重點(diǎn)之一，眾所周知，煤炭資源屬于不可再生資源，生成周期非常長，甚至需要上千年的生成周期。因此，風(fēng)電新能源的開發(fā)與利用成為我國資源可持續(xù)發(fā)展的重要選擇之一[1]。風(fēng)能是一種潔凈能源，可以說是取之不竭、用之不盡，我國沿海地區(qū)、草原地區(qū)、山區(qū)以及高原地區(qū)等嚴(yán)重缺乏煤炭資源和水資源，但是這些地區(qū)的風(fēng)能資源豐富，依據(jù)不同地區(qū)的優(yōu)勢資源來帶動(dòng)當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展, 已經(jīng)成為是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分之一。

1 風(fēng)電新能源的發(fā)展現(xiàn)狀

我國風(fēng)電能源起步比較晚，在20 世紀(jì)80 年代的中期，風(fēng)電新能源才開始步入商業(yè)化運(yùn)營階段。與國外風(fēng)電能源發(fā)展相比尚有較大差距，但是在國家政策的鼓勵(lì)下，我國風(fēng)電事業(yè)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，收獲頗豐。在初步商業(yè)運(yùn)營階段，2005～2008 年間，我國風(fēng)電裝機(jī)容量從開始的126 kW 提高到1 221 萬kW，保持每年翻一番的增長速度向前發(fā)展，居世界風(fēng)電發(fā)展平均速度首位。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示到2009 年年末，我國風(fēng)電總裝機(jī)的容量高達(dá)2 601 萬kW，排名世界第二，2009 年全年新增裝機(jī)容量為1 300 萬kW，占據(jù)全球全年裝機(jī)容量的30%還要多，排名全球第一[2]。諸多數(shù)據(jù)充分證明我國風(fēng)電新能源正逐步走向一個(gè)快速發(fā)展的階段。在風(fēng)電新能源技術(shù)運(yùn)用上，經(jīng)歷了從進(jìn)口技術(shù)到消化技術(shù)，再到后來的自主創(chuàng)新，根據(jù)本國風(fēng)電實(shí)際情況，風(fēng)電新能源事業(yè)蒸蒸日上。風(fēng)電機(jī)組兆瓦級別的普遍安裝與使用，充分證明了我國自主研發(fā)的成果。隨著陸地風(fēng)電研究的日趨成熟，在此基礎(chǔ)上我國開始著手海上風(fēng)電機(jī)組的積極探索與實(shí)踐，2008～2015 年間，我國不僅克服了海上風(fēng)電新能源發(fā)展的重重障礙，并成功在海上安裝了發(fā)電機(jī)組。2016 年全年，共計(jì)在海上新增裝機(jī)154 臺，機(jī)組容量到達(dá)59 萬kW。

我國成為全世界最大的風(fēng)電裝機(jī)發(fā)電市場，2018年我國新增裝機(jī)容量高達(dá)21 143 MW，累計(jì)2018 年年底風(fēng)電裝機(jī)容量高達(dá)209 533 MW，我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量在全球占比從2000 年的2.0%增加到2018 年的35.4%。2018 年我國不同地區(qū)風(fēng)電新增裝機(jī)容量以及占比請見表1。

表1 2018 年我國不同地區(qū)風(fēng)電新增裝機(jī)容量以及占比統(tǒng)計(jì)

2 我國風(fēng)電新能源發(fā)展中存在的問題

1）風(fēng)能的穩(wěn)定性不高。因?yàn)轱L(fēng)能屬于一種過程性能源，風(fēng)向、風(fēng)力以及風(fēng)速受多種因素的制約與影響，本身具有隨機(jī)性與不穩(wěn)定性，很難掌控[3]。因?yàn)閷︼L(fēng)資源很難進(jìn)行掌控，所以導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組所產(chǎn)生的電能波動(dòng)范圍大，隨機(jī)變化程度較大。

2）風(fēng)能的存儲(chǔ)難度大。蓄電成本與發(fā)電成本存在很大差異，相比而言蓄電成本要高出很多，因此在風(fēng)能發(fā)電機(jī)組中幾乎沒有蓄電能力，通常都是以輸出電量作為根本來對收納的電量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。

3）風(fēng)電場的分布位置不均。依據(jù)我國地形地貌進(jìn)行整體分析，我國風(fēng)能資源較為豐富的地區(qū)與負(fù)荷中心二者之間的距離相差比較遠(yuǎn)，電網(wǎng)基本設(shè)施架構(gòu)也較為薄弱，這是影響當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)輸電能力最直接、最明顯的因素，在開發(fā)大規(guī)模風(fēng)電能源的時(shí)候，需要建設(shè)與之相配套風(fēng)電運(yùn)輸工程之后，才能進(jìn)一步對電網(wǎng)的建設(shè)實(shí)施強(qiáng)化措施。

3 對風(fēng)電并網(wǎng)性能進(jìn)行完善的措施

1）電力項(xiàng)目工程管理進(jìn)一步完善。風(fēng)力發(fā)電工程的建設(shè)要求很高，需要工作人員嚴(yán)格依照工程建設(shè)的要求進(jìn)行施工建設(shè)，深入調(diào)查并分析發(fā)電工程項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)程以及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，在建設(shè)施工過程中，對新產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析，找出問題發(fā)生的根源，討論合理的解決方案，保證風(fēng)電能源工程在建設(shè)過程中安全、有效施工，保證工程建造的質(zhì)量，保證投入生產(chǎn)使用后能夠?yàn)樯鐣?huì)帶來更多經(jīng)濟(jì)效益[4]。

2）優(yōu)化風(fēng)電工程建設(shè)布局結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步有效推進(jìn)我國風(fēng)能發(fā)電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展，根據(jù)我國不同地區(qū)的實(shí)際情況，在風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)推行以及風(fēng)電網(wǎng)建設(shè)過程中推行“閉環(huán)結(jié)構(gòu)開環(huán)運(yùn)行”的方式，通過此種運(yùn)行方式可以有效保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。其根本原因在于電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)主要表現(xiàn)為一種環(huán)形的狀態(tài)，一旦發(fā)生線路方面的故障，就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N輻射形態(tài)。因此，如果是線路出現(xiàn)故障，需要及時(shí)聯(lián)系有關(guān)工作人員合理運(yùn)用開關(guān)，將電能運(yùn)輸通過其他線路進(jìn)行傳輸，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證電力用戶不受影響，最大限度地避免電能損耗，保證電力設(shè)備與發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

3）降低功率耗損以及電網(wǎng)壓力。電網(wǎng)功率通常劃分為兩種：有功率消耗；無功率消耗。隨著風(fēng)電發(fā)電網(wǎng)在功率損耗方面的研究不斷深入，通過功率計(jì)算的方式，能夠及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)電力線路中隱藏的故障以及潛在的安全隱患，在進(jìn)一步降低風(fēng)電網(wǎng)功率損耗的同時(shí)，還能夠降低用電負(fù)荷，保證電力設(shè)備的使用壽命。所以，要想更好地對風(fēng)電網(wǎng)的有效功率進(jìn)行計(jì)算，需要選擇合理的導(dǎo)線路徑，在傳輸量最大的基礎(chǔ)上降低電阻的壓力值，最大范圍內(nèi)降低以及減少有效功率的損耗，保證有效功率傳輸?shù)母咝浴Ξa(chǎn)生的無效功率，要依據(jù)風(fēng)力發(fā)電場的實(shí)際情況，有選擇地選用專業(yè)變壓器來負(fù)責(zé)電場的供電以及發(fā)電，針對性地進(jìn)行無功補(bǔ)償。在我國當(dāng)前風(fēng)電新能源的發(fā)展現(xiàn)狀及其并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來講，整合風(fēng)力電網(wǎng)資源，開展無功補(bǔ)償，采用并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)以及靜止無功電力補(bǔ)償器三種電力損耗無功補(bǔ)償?shù)姆绞健３浞纸Y(jié)合電網(wǎng)的基本特點(diǎn)以及電網(wǎng)建設(shè)的基本需求，針對性選擇可以最大限度降到風(fēng)力電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的建設(shè)方案，有效降低功率損耗，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)效益。

4 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢

1）對大容量風(fēng)電系統(tǒng)的研發(fā)。當(dāng)前，我國在大容量風(fēng)電系統(tǒng)研發(fā)方面的力度有待加強(qiáng)，隨著我國風(fēng)電能源的進(jìn)一步開發(fā)與利用，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)裝機(jī)容量的飛速發(fā)展，有關(guān)風(fēng)電部件以及控制子系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)難度進(jìn)一步提高，所以當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)一整套大容量、高性能以及能夠穩(wěn)定風(fēng)力的發(fā)電機(jī)組。如何將這一難題成功攻克，研發(fā)出適合當(dāng)下使用以及未來可預(yù)測使用狀態(tài)下的風(fēng)電控制，設(shè)計(jì)是我國風(fēng)電領(lǐng)域所面臨的重要技術(shù)性難題。所以，大容量風(fēng)電系統(tǒng)的研發(fā)與生產(chǎn)是我國風(fēng)電系統(tǒng)未來重要的發(fā)展方向之一。

2）針對并網(wǎng)技術(shù)以及最大風(fēng)能捕獲技術(shù)方面的研究。風(fēng)電場受風(fēng)力以及風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的影響非常大，其發(fā)出的力道常常是不均衡的，對電網(wǎng)的安全造成不同程度的影響，所以，為了能夠進(jìn)一步提高風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及系統(tǒng)應(yīng)對故障的能力，以此來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)對電網(wǎng)的一種支持，需要有關(guān)研究人員對并網(wǎng)技術(shù)開展深入研究與分析。同時(shí)，風(fēng)能的密度比較小，如何能夠捕獲更大的風(fēng)能是未來風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的重要研究方向之一。就目前而言，對風(fēng)能最好的捕獲方法就是調(diào)節(jié)葉片的直徑以及發(fā)電機(jī)的機(jī)組功率轉(zhuǎn)速。從風(fēng)電電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值以及可行性來講，風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)以及最大限度的捕獲風(fēng)能是未來風(fēng)電發(fā)展的首要任務(wù)之一。

5 結(jié) 語

本文通過對風(fēng)電新能源以及并網(wǎng)技術(shù)的分析與探討，對我國風(fēng)電能源的研發(fā)有了更深一步的了解，風(fēng)電能源的開發(fā)以及并網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)是充分利用風(fēng)電能源的關(guān)鍵所在，可以有效推進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。