風(fēng)電新能源并網(wǎng)技術(shù)研究

青海格爾木魯能新能源有限公司 吉孝明

在石化能源短缺問題突出與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，加大對可再生新能源開發(fā)利用的研究力度顯得尤為重要。本文主要對風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行闡述，分析風(fēng)電新能源的特點(diǎn)，探究風(fēng)電新能源給電網(wǎng)帶來的影響，提出完善風(fēng)電并網(wǎng)性能的對策，希望對風(fēng)電場建設(shè)發(fā)展起到參照與促進(jìn)作用。

隨著社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對能源的需求逐步增大，能源供應(yīng)逐步呈現(xiàn)出了緊張的態(tài)勢，環(huán)境問題越發(fā)突出，因此近年來社會關(guān)注焦點(diǎn)逐漸向可再生能源的開發(fā)利用領(lǐng)域轉(zhuǎn)變。隨著新能源發(fā)電技術(shù)的逐步成熟，風(fēng)力資源的開發(fā)利用越發(fā)自如。但風(fēng)電新能源的發(fā)展仍處于摸索階段，有較大的發(fā)展空間，還需多措并舉，逐步解決我國風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)難題，以推動風(fēng)力發(fā)電工程穩(wěn)中求進(jìn)。

1 風(fēng)電新能源的開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 開發(fā)效率低

風(fēng)能能量的密度較小，需采用較大風(fēng)輪尺寸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以獲取同等的發(fā)電容量。但實際上，風(fēng)輪機(jī)對風(fēng)能資源的開發(fā)效率普遍偏低，最大效率不超過60%。在實踐中受多種因素影響，水平軸風(fēng)輪機(jī)最大效率為20%-50%，垂直軸風(fēng)輪機(jī)的最大效率為30%-40%。

1.2 電能波動較大

風(fēng)能屬于過程性能源，風(fēng)向與風(fēng)速等方面存在明顯的間歇性及隨機(jī)性等特征。此外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)控處理的穩(wěn)定性與實效性差，導(dǎo)致從風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電能有較大的波動性。

1.3 風(fēng)力風(fēng)電不易調(diào)節(jié)

風(fēng)能資源難以大量儲存，蓄電成本相對較高，明顯高于發(fā)電等環(huán)節(jié)的成本，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的蓄電能力低，通常在輸出電量的情況下才能調(diào)節(jié)收納電量。電網(wǎng)存在明顯的不可調(diào)度性，受風(fēng)能不可控的特征影響，無法根據(jù)負(fù)荷大小去合理調(diào)節(jié)風(fēng)力風(fēng)電，電網(wǎng)調(diào)度壓力和難度隨之增大。受人力資源短缺等因素影響，無法滿足選派專人值守各風(fēng)電機(jī)組的要求。

1.4 風(fēng)電場分布地區(qū)偏遠(yuǎn)

風(fēng)能資源豐富的地區(qū)往往偏遠(yuǎn)，導(dǎo)致風(fēng)電場與負(fù)荷中心的距離較遠(yuǎn)，電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)性能相對較弱，導(dǎo)致當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的輸電功能無法實現(xiàn)風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸送。因此，還需加大對風(fēng)電輸送工程的研究與建設(shè)力度，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)的創(chuàng)新發(fā)展，以實現(xiàn)對風(fēng)電資源的有效開發(fā)利用。

1.5 電網(wǎng)受風(fēng)電的影響較大

風(fēng)的速度是多變與不可控的，其增加了風(fēng)電場處理的不確定性。同時，當(dāng)前的風(fēng)能發(fā)電技術(shù)水平偏低，產(chǎn)生的風(fēng)電量相對較低，進(jìn)一步增大了電網(wǎng)平衡調(diào)度有用功和無用功的難度。首先，從風(fēng)電對電能質(zhì)量的影響入手分析，傳統(tǒng)風(fēng)電單機(jī)的容量小，其通常使用并網(wǎng)便利與結(jié)構(gòu)簡單的異步發(fā)電機(jī)直接連接配電網(wǎng)。由于風(fēng)電發(fā)電場分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)消耗大、電壓相對較低，因此受沖擊的接收性能相對較弱；因此，風(fēng)電新能源給配電網(wǎng)造成的諧波污染與電壓閃變的風(fēng)險系數(shù)較大。其次，從風(fēng)電對電網(wǎng)調(diào)度與規(guī)劃的影響入手分析，風(fēng)能相對于傳統(tǒng)電源，具有明顯的不可預(yù)測與不可控性。并網(wǎng)后的風(fēng)電場，電網(wǎng)可通過調(diào)峰容量與備用容量的差值進(jìn)行風(fēng)電調(diào)峰，但風(fēng)電的調(diào)峰量有明顯的局限性，因此會直接影響風(fēng)電的實際運(yùn)用率。尤其是電網(wǎng)無法平衡風(fēng)電場的功率波動時，風(fēng)力發(fā)電注入電網(wǎng)的功率會受到阻礙。因此，在安排發(fā)電計劃前，需對系統(tǒng)的調(diào)峰與調(diào)頻問題進(jìn)行合理的規(guī)劃。唯有提高電網(wǎng)的容量，才有利于推動電網(wǎng)建設(shè)與電場建設(shè)的協(xié)同發(fā)展。為實現(xiàn)資源優(yōu)化與高效利用，遠(yuǎn)距離電能輸送是重要前提，可間接帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時推動電網(wǎng)現(xiàn)代化發(fā)展。

2 解決我國風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)難題的有效途徑

2.1 優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電項目發(fā)展

隨著可持續(xù)發(fā)展理念深入推進(jìn)，風(fēng)電工程作為可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，加大對風(fēng)力發(fā)電項目的實踐研究與創(chuàng)新發(fā)展意義重大。在風(fēng)力發(fā)電項目的建設(shè)與使用中，應(yīng)當(dāng)及時發(fā)現(xiàn)其潛在的問題，多角度分析問題的原因，以推動風(fēng)力發(fā)電項目健康發(fā)展。要加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的監(jiān)督管理，及時發(fā)現(xiàn)與記錄分析設(shè)計偏差問題，綜合各種影響要素及時調(diào)整施工，以減少工程變更，促使風(fēng)電工程建設(shè)順利展開。

2.2 形成獨(dú)特布局結(jié)構(gòu)

為提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在電網(wǎng)建設(shè)中主要采取閉環(huán)結(jié)構(gòu)與開環(huán)運(yùn)行的方式。應(yīng)用環(huán)形狀的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，在出現(xiàn)故障后會向輻射狀轉(zhuǎn)變，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)線路故障問題后，應(yīng)及時通過開關(guān)選擇其它線路供電，確保電路穩(wěn)定運(yùn)行。該種手段同樣適用于風(fēng)力發(fā)電中，促使風(fēng)力發(fā)電入網(wǎng)建設(shè)高效展開。與此同時，需根據(jù)實際情況完善規(guī)劃，逐步形成科學(xué)的獨(dú)特的布局結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)效益最大化。

2.3 科學(xué)預(yù)測風(fēng)力發(fā)電量

科學(xué)預(yù)測風(fēng)力發(fā)電量是控制風(fēng)電的隨機(jī)性與實現(xiàn)風(fēng)電向常規(guī)可調(diào)度電源轉(zhuǎn)變的重要前提。通過對風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測方面的深入研究，發(fā)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測風(fēng)電機(jī)組輪轂高度位置的氣象信息，主要通過結(jié)合各數(shù)值天氣預(yù)報模型的途徑，實現(xiàn)對功率的短期精確預(yù)測。在實踐中通過NWP預(yù)測氣溫與風(fēng)速、風(fēng)向等相關(guān)信息，圍繞風(fēng)機(jī)周圍的物理信息，計算出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轂高度的風(fēng)向與風(fēng)速。圍繞風(fēng)機(jī)的功率曲線，得出最后的輸出功率，可避免惡劣氣候?qū)︻A(yù)測數(shù)據(jù)精確度的影響。

2.4 合理降低電網(wǎng)壓力

電網(wǎng)損耗主要包括無功損耗與有功損耗兩種，可通過計算功率的途徑，實現(xiàn)對功率損耗的深入研究，并通過降耗的方式減少用電負(fù)荷，最大程度發(fā)揮實現(xiàn)用電設(shè)備的性能；同時，延長用電設(shè)備的使用壽命。電路的設(shè)計過程復(fù)雜繁瑣，需根據(jù)有功功率的計算結(jié)果等實際情況，合理選擇導(dǎo)線的路徑，以切實達(dá)到降低電路中電阻功率損耗的目的；合理選擇變壓器以達(dá)到減少無功功率損耗的目的。為加強(qiáng)無功補(bǔ)償?shù)尼槍π?，需在電網(wǎng)的建設(shè)中，加大電網(wǎng)資源的優(yōu)化與整合力度，合理運(yùn)用同步調(diào)相機(jī)與靜止無功補(bǔ)償器等方法，進(jìn)一步優(yōu)化無功補(bǔ)償。根據(jù)電網(wǎng)特征合理選擇設(shè)備，以有效降低電網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)荷，以加速風(fēng)電新能源的現(xiàn)代化發(fā)展步伐，不斷提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 加強(qiáng)技術(shù)資金支持

由于風(fēng)電場分布的地區(qū)偏遠(yuǎn)，與用電負(fù)荷中心的距離遠(yuǎn)，在遠(yuǎn)距離輸電中，由于輸電線路相對較長，會出現(xiàn)一定的電能損耗與資源浪費(fèi)等問題。因輸電線路引起的電能損耗問題，會不可避免地促使電壓降低，無法確保電力系統(tǒng)在正常負(fù)載下運(yùn)行。受低電壓引起的感應(yīng)電機(jī)溫度升高的影響，用電設(shè)備的性能會降低、使用壽命會縮短。因此，在風(fēng)力發(fā)電中可通過在變壓器上設(shè)置開關(guān)的方式，解決電壓過低與電能損耗的問題。電力行業(yè)的發(fā)展空間巨大，應(yīng)當(dāng)逐步加大風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的資金支持力度，以夯實電網(wǎng)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)，推動電力行業(yè)規(guī)?；l(fā)展。

3 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢

3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展動向

開發(fā)單機(jī)容量大的風(fēng)電機(jī)組，如MW級大型風(fēng)電機(jī)組設(shè)備，可有效降低風(fēng)力發(fā)電成本。解決偏遠(yuǎn)分散地區(qū)就地供電的問題，可使用開發(fā)分散式小型與微型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，更利于資本節(jié)約與資源高效利用。

3.2 新技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電容量預(yù)測中的應(yīng)用

隨著各區(qū)域海上風(fēng)電建設(shè)進(jìn)程的加速、風(fēng)電裝機(jī)容量逐步增大，對風(fēng)電功率預(yù)測的精度提出了更高要求，因此需引入更多的改進(jìn)方法，以滿足其功率預(yù)測的精度要求。首先，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)與遙感技術(shù)等，可進(jìn)一步提高對數(shù)字天氣預(yù)報模型的分辨率與天氣預(yù)報的準(zhǔn)確度及天氣預(yù)報的更新頻率，間接帶動風(fēng)電預(yù)測模型輸入數(shù)據(jù)等性能的優(yōu)化。其次，采取結(jié)合多個數(shù)字天氣預(yù)報模型的方式，能夠規(guī)避惡劣氣候條件的影響，實現(xiàn)對氣象信息的高效預(yù)報，從而確保預(yù)測精度。同時，可利用混沌理論與小波分析等智能方式建立預(yù)測模型，通過線性與非線性方式，進(jìn)一步強(qiáng)化預(yù)測方式的完善，提高預(yù)測結(jié)果精確度，切實降低預(yù)測誤差。尤其是非線性方式與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，更利于發(fā)揮各預(yù)測性能的協(xié)同作用，實現(xiàn)各模型的優(yōu)勢互補(bǔ)與各模型信息的優(yōu)化，進(jìn)一步強(qiáng)化模型的可靠性與預(yù)測精度。最后通過實時測量的氣象數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步減少風(fēng)電功率短期預(yù)測的誤差。

3.3 并網(wǎng)技術(shù)和最大風(fēng)能捕獲技術(shù)的研究

在研究風(fēng)電新能源的過程中，應(yīng)對并網(wǎng)技術(shù)和最大風(fēng)能捕獲技術(shù)進(jìn)行深入的研究，在研究中發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場受風(fēng)力和風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的影響很大，經(jīng)常出現(xiàn)力道不平衡的現(xiàn)象，其對電網(wǎng)的使用造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，為了進(jìn)一步提高風(fēng)電系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和提高處理故障的能力，需要對風(fēng)電場并網(wǎng)的發(fā)展方向進(jìn)行跟蹤。同時對風(fēng)能的密度進(jìn)行了比較，思考如何捕捉更多的風(fēng)能，這也是未來風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的重要研究方向之一。目前，獲取風(fēng)能的最佳方式是調(diào)整葉片直徑和發(fā)電機(jī)組自身的功率和轉(zhuǎn)速。風(fēng)電系統(tǒng)的集成技術(shù)和風(fēng)能的最大捕獲量，是今后風(fēng)電新能源發(fā)展的重要任務(wù)之一。

結(jié)語：風(fēng)電新能源屬于現(xiàn)階段應(yīng)用十分廣泛的能源之一，得到了社會各界的廣泛關(guān)注。但在風(fēng)電發(fā)電過程中仍存在諸多問題，嚴(yán)重制約風(fēng)電新能源的進(jìn)一步發(fā)展，同時影響輸電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需對其存在的問題進(jìn)行深入分析，優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)，促進(jìn)風(fēng)電新能源的發(fā)展。