海上風(fēng)電出力特性及其消納問題研究

楊浩

摘? ?要：海上風(fēng)電主要的特征就是具有豐富的資源、不用消耗水資源、不占用土地資源、能夠最大限度地開發(fā)利用等。很多國家或地區(qū)已經(jīng)向海上轉(zhuǎn)移，發(fā)展風(fēng)電開發(fā)項(xiàng)目，所以發(fā)展海上風(fēng)電是具有較大前景的。為確保海上發(fā)電作業(yè)的有效性，應(yīng)該對(duì)此能源發(fā)電實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行全面的研究分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)海上風(fēng)電場工作的不足與問題，并采取科學(xué)的策略進(jìn)行改正。文章主要探討了海上風(fēng)電的出力特性和消納問題。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;出力特性;消納問題;解決策略

我國風(fēng)電的發(fā)電量已經(jīng)超出核電，是第三大電源，在未來較長的一段時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電會(huì)是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性保障。盡管我國現(xiàn)下的陸上風(fēng)電開發(fā)在相對(duì)成熟的階段，但是對(duì)于海上風(fēng)電的開發(fā)依然具有非常廣闊的空間。所以，文章提出了當(dāng)前海上風(fēng)電的出力特征以及消納問題，并且提出科學(xué)的解決方案，旨在為推動(dòng)國內(nèi)海上風(fēng)電更好發(fā)展提供有價(jià)值的借鑒。

1? ? 海上風(fēng)電出力特性分析

目前海上風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展在初期階段，很多因素可以對(duì)項(xiàng)目工程的順利開展構(gòu)成影響，例如海上風(fēng)力監(jiān)測工作不到位、缺少有用數(shù)據(jù)、缺乏全面的出力歷史數(shù)據(jù)等。由于各種原因?qū)τ行ЫㄔO(shè)海上風(fēng)電項(xiàng)目構(gòu)成阻礙，應(yīng)該采取研究框架，聯(lián)系有關(guān)的數(shù)據(jù)信息分析出力特性。在分析此框架研究、風(fēng)力出力問題的過程中，應(yīng)該對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模擬進(jìn)行綜合探討，得到全面的風(fēng)力出力參數(shù)，研究者再根據(jù)測風(fēng)數(shù)據(jù)模擬出力的具體情況，最終獲取出力特性。

其中的一個(gè)特性是波動(dòng)性，因?yàn)轱L(fēng)能具有隨機(jī)性特征，所以能夠讓風(fēng)電出力產(chǎn)生波動(dòng)性。不同的氣候條件，對(duì)海上風(fēng)速、陸上風(fēng)速會(huì)形成明顯的差異。受海上風(fēng)能分散性的影響，海上風(fēng)力分布廣泛，同時(shí)具有較低的功率密度，能夠掌握海上風(fēng)電出力過程中的波動(dòng)幅度較大，未見典型變化規(guī)律，同時(shí)出力波動(dòng)范圍是0%～100%，海上風(fēng)電會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的大出力以及小出力現(xiàn)象。另外一個(gè)特性就是隨機(jī)性，其出現(xiàn)可以是間歇性的。如果研究一個(gè)風(fēng)電場每天的發(fā)電量，計(jì)算出連續(xù)數(shù)天的均值，那么可以獲得一樣的結(jié)果。但是計(jì)算每天不同時(shí)段的平均發(fā)電量，會(huì)產(chǎn)生明顯不同的結(jié)果。

2? ? 風(fēng)電消納特點(diǎn)及消納問題探究

我國對(duì)于海上風(fēng)電的研究雖然已經(jīng)獲得了較好的成績，但是在消納處理方面依然存在較多問題，阻礙風(fēng)電并網(wǎng)以及能源有效存儲(chǔ)、傳輸?shù)取：Ｉ巷L(fēng)電消納特點(diǎn)通常表現(xiàn)在海上風(fēng)電場以裝機(jī)容量作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷和處理問題。在冬季，對(duì)于海上風(fēng)電場消納問題的處理具有較大困難，夏季相對(duì)容易些。

通常，觀測海上風(fēng)速能夠了解海上風(fēng)電是否平穩(wěn)，但是陸地具有較大的風(fēng)速，會(huì)相應(yīng)地削弱風(fēng)電平穩(wěn)度。海上風(fēng)電的特性是具有較小的自相關(guān)函數(shù)衰減系數(shù)和出力波動(dòng)性，同時(shí)多分布在海岸附近，海上風(fēng)電接入時(shí)，通常不會(huì)嚴(yán)重危及系統(tǒng)調(diào)頻。開發(fā)的海上風(fēng)電項(xiàng)目不同，應(yīng)該分區(qū)域落實(shí)，這會(huì)降低風(fēng)電消納困難。在規(guī)劃建設(shè)海上風(fēng)電場的過程中，風(fēng)電場通常按照建設(shè)所在地的海岸線分布情況進(jìn)行，在實(shí)際的工作環(huán)節(jié)，海上風(fēng)電場可以參考附近修建的陸上風(fēng)電場，以就近原則接入處理，不用建設(shè)太多輸電通路，依據(jù)風(fēng)電接入，會(huì)明顯降低消納難度。

另外，風(fēng)電場出力特性密切關(guān)聯(lián)海上風(fēng)速。風(fēng)電場的分布位置、附近的海洋性氣候，可以對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生決定性的影響，因此在海上風(fēng)電場的建設(shè)中，風(fēng)速屬于應(yīng)該研究的關(guān)鍵性內(nèi)容，但是當(dāng)下海上風(fēng)速測試資料并不多。所以，海上風(fēng)電場應(yīng)該對(duì)海上風(fēng)速加大測量力度，才能及時(shí)掌握風(fēng)電場工作環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不良問題，如圖1所示。

縱觀當(dāng)前海上風(fēng)電消納問題，總結(jié)為以下幾方面的內(nèi)容。首先，海上風(fēng)電發(fā)展缺乏健全、完善的機(jī)制。主要表現(xiàn)為目前所運(yùn)用的風(fēng)電場建設(shè)管理制度還是之前的制度，存在滯后性，已經(jīng)不能順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，多數(shù)內(nèi)容脫離了當(dāng)下的發(fā)電管理工作，尤其是跨省風(fēng)電、跨區(qū)消納的問題較多。其次，消納市場開發(fā)緩慢，通常集中于華北、東北、沿海地區(qū)和西北，風(fēng)電并網(wǎng)相對(duì)頻繁，會(huì)提升電網(wǎng)調(diào)頻以及調(diào)峰壓力。而且部分風(fēng)電場所在的區(qū)域具有較小的電力需求，特別是海上風(fēng)電場，跟負(fù)荷中心距離較遠(yuǎn)，具有非常有限的消納市場。再次，控制風(fēng)電波動(dòng)性的效果差。當(dāng)前主要是運(yùn)用電能存儲(chǔ)設(shè)備控制波動(dòng)性，但是并未滿足存儲(chǔ)要求的設(shè)備數(shù)量以及靈活電源占比少，所以往往達(dá)不到控制的成效。最后，預(yù)測技術(shù)的先進(jìn)性不夠。海上的風(fēng)力變化存在規(guī)律性，達(dá)到某個(gè)時(shí)期的風(fēng)力強(qiáng)度時(shí)，能夠經(jīng)概率計(jì)算的方法預(yù)測風(fēng)電出力，進(jìn)而減少風(fēng)力發(fā)電的不確定性，減少電網(wǎng)所面臨的不確定因素。但國內(nèi)研究風(fēng)電預(yù)測的技術(shù)還有待提升，缺乏先進(jìn)的預(yù)測技術(shù)，所以不能良好地預(yù)測風(fēng)力強(qiáng)度。

3? ? 有效處理海上風(fēng)電消納問題的策略

3.1? 完善制度

國家相關(guān)部門應(yīng)該建立完善的制度，及時(shí)優(yōu)化基于消納問題的消納法律規(guī)范，加入有效的風(fēng)電消納措施、消納要求以及標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域之間的海上風(fēng)電場跨省份和跨區(qū)域消納。對(duì)于達(dá)到統(tǒng)籌規(guī)劃風(fēng)電基地的消納市場，定比、定量消納風(fēng)電的目標(biāo)。

3.2? 增強(qiáng)海上風(fēng)電發(fā)電能力

部分海上風(fēng)電場落實(shí)發(fā)電工作時(shí)，一般是采取集中式的發(fā)電舉措，會(huì)出現(xiàn)提升并網(wǎng)工作難度、嚴(yán)重?fù)p耗電能的現(xiàn)象。所以應(yīng)該讓海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)人員不斷學(xué)習(xí)、掌握新型發(fā)電模式，將工作質(zhì)量水平有效提升。采取新模式期間，海上風(fēng)電建設(shè)有關(guān)單位應(yīng)該對(duì)相應(yīng)項(xiàng)目范圍進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，再修建工業(yè)園區(qū)，將風(fēng)電消納市場有效擴(kuò)大，完成風(fēng)電消納工作任務(wù)。

3.3? 研究先進(jìn)的風(fēng)電預(yù)測技術(shù)

我國在研究海上風(fēng)電核心技術(shù)上同發(fā)達(dá)國家相比具有一定的差距，海上風(fēng)電消納研究人員應(yīng)該積極學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的現(xiàn)代化風(fēng)電預(yù)測技術(shù)，了解我國此項(xiàng)技術(shù)研發(fā)期間的不足，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)增加研發(fā)資金，運(yùn)用更多的力量研發(fā)風(fēng)電預(yù)測技術(shù)，形成預(yù)測模型，聯(lián)系測試所得的風(fēng)力數(shù)據(jù)，于模型中對(duì)風(fēng)電工作進(jìn)行預(yù)測。

3.4? 加強(qiáng)海上風(fēng)電場運(yùn)行的安全管理

當(dāng)前海上風(fēng)電場運(yùn)營過程中具有較多消納問題，影響風(fēng)電場的安全生產(chǎn)、社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。所以，必須要加強(qiáng)安全管理工作。海上風(fēng)電場應(yīng)該建立專業(yè)的安全運(yùn)營管理部門，管理上要以安全生產(chǎn)和預(yù)防為主。工作人員需要增強(qiáng)管理能力，擁有較強(qiáng)的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)排除能力，可以及時(shí)處理安全問題，確保電力生產(chǎn)以及傳輸順利進(jìn)行，減少事故問題。

4? ? 結(jié)語

海上風(fēng)電可以將電能資源的生產(chǎn)質(zhì)量和效率有效提升，在項(xiàng)目建設(shè)的過程中，應(yīng)該對(duì)風(fēng)電出力的特性進(jìn)行良好的把握，保證能夠順利地建設(shè)項(xiàng)目。另外，應(yīng)該重點(diǎn)掌握項(xiàng)目開發(fā)利用時(shí)產(chǎn)生的一些消納問題，分析導(dǎo)致的原因，有針對(duì)性地提出解決方案并進(jìn)行實(shí)踐，保證海上風(fēng)電項(xiàng)目投入應(yīng)用后獲得最佳成效，及時(shí)將成本收回，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的發(fā)揮。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李桂超.海上風(fēng)電出力特性及其消納問題探討[J].通信電源技術(shù)，2019（2）：241-242.

[2]劉坤.海上風(fēng)電出力特性及其消納問題探討[J].機(jī)電信息，2015（9）：156.

[3]張向東.風(fēng)電出力特性研究及其應(yīng)用[J].裝飾裝修天地，2019（18）：379.

[4]牛東曉，趙東來，楊尚東，等.考慮綜合成本的海上風(fēng)電與遠(yuǎn)方清潔能源協(xié)同優(yōu)化模型[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019（12）：16-24.

[5]葉劍，袁智強(qiáng).上海電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電場出力特性分析[J].電力與能源，2019（2）：244-249.

[6]王俊，段斌，蘇永新.基于尾流效應(yīng)的海上風(fēng)電場有功出力優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015（4）：26-32.

[7]陳柏超，羅璇瑤，袁佳歆，等.考慮工頻過電壓的海上風(fēng)電場無功配置方案研究[J].電測與儀表，2018（13）：78-83.

[8]盧思瑤，高丙團(tuán)，葉飛，等.基于半不變量法的海上風(fēng)電場送出線優(yōu)化選型[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2018（6）：96-102.