針對新時期新能源風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)討論分析

劉康康

摘要：近年來，得益于擁有得天獨厚的風(fēng)能資源，我國風(fēng)電發(fā)展取得舉世矚目的成績，但同時也給電網(wǎng)運行帶來一定的挑戰(zhàn)。在“碳中和”的新時期和高比例可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略的大背景下，風(fēng)電領(lǐng)域更加長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃日益成為電力行業(yè)乃至社會關(guān)注的焦點。

關(guān)鍵詞：新時期;新能源;風(fēng)力發(fā)電;技術(shù)討論

多年來我國發(fā)電結(jié)構(gòu)一直以火電、煤電為主，對化石能源產(chǎn)生了長期的依賴，而對化石能源的大力開發(fā)，給多地帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。我國總體上能源資源豐富且具有多樣性。其中，風(fēng)能以其資源豐富、分布廣泛、發(fā)電清潔等優(yōu)勢，得到國家政策的大力支持，因而我國的風(fēng)電技術(shù)取得了長足進(jìn)步，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量顯著提高，為我國綠色電力事業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。此外，“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的設(shè)立將進(jìn)一步刺激我國能源結(jié)構(gòu)的深度調(diào)整和轉(zhuǎn)型，促進(jìn)風(fēng)能等新能源的開發(fā)利用。

然而，風(fēng)機(jī)直接并網(wǎng)難以避免地會對電網(wǎng)產(chǎn)生頻率波動。在風(fēng)電發(fā)展的歷史進(jìn)程中，風(fēng)機(jī)并網(wǎng)、含高比例可再生能源電網(wǎng)運行等巨大挑戰(zhàn)將是我們面臨的巨大挑戰(zhàn)。

一、風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)概述

風(fēng)電的發(fā)展，首要任務(wù)是從技術(shù)上解決風(fēng)電發(fā)展難題。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)包括研究風(fēng)機(jī)技術(shù)、風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)、風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)和儲能技術(shù)等。

1.風(fēng)機(jī)技術(shù)

隨著風(fēng)電的發(fā)展以及考慮實際電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量需求越來越大，同時要滿足風(fēng)機(jī)能夠安全并網(wǎng)，具有較強的魯棒性和可靠性。因此，如何研制高可靠性的大容量風(fēng)電機(jī)組是業(yè)界需要考慮的問題。其中，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是當(dāng)前主流的發(fā)電機(jī)，同時也是當(dāng)前的研究熱點。

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)在性能方面總體上不如永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但由于其發(fā)展較早，技術(shù)相對成熟，同時雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有尺寸小、造價低等特點，因而仍然在電網(wǎng)中使用較為頻繁。永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然造價貴，但其具有更高的發(fā)電效率和更強的電網(wǎng)兼容性，理論上說，對電網(wǎng)以及用戶更加友好。從發(fā)展的眼光來看，隨著永磁材料的發(fā)展和電機(jī)小型化發(fā)展，在未來，永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)將更加具有競爭優(yōu)勢，獲得更廣泛的應(yīng)用。

2.風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)

由于風(fēng)力的波動性會導(dǎo)致電網(wǎng)的不安全運行，因此業(yè)界希望能夠?qū)崟r跟蹤風(fēng)電出力，即實現(xiàn)風(fēng)電功率的準(zhǔn)確、可靠、快速預(yù)測。發(fā)展風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)，加強風(fēng)電功率預(yù)測可信度，可實現(xiàn)對風(fēng)電出力的實時態(tài)勢感知，從而提高風(fēng)電的消納能力。由于電力系統(tǒng)本身是一個復(fù)雜，自產(chǎn)大量數(shù)據(jù)的人工系統(tǒng)，因此在可以預(yù)見的未來，人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)將更多地應(yīng)用到風(fēng)電功率預(yù)測中，進(jìn)一步有力地推動風(fēng)電的發(fā)展。

3.風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)電場并網(wǎng)通常分為交流并網(wǎng)和直流并網(wǎng)兩種途徑。目前關(guān)于風(fēng)電并網(wǎng)可行技術(shù)及研究熱點包括：交流并網(wǎng)技術(shù)、傳統(tǒng)直流并網(wǎng)技術(shù)和柔性直流并網(wǎng)技術(shù)，其中傳統(tǒng)的交流并網(wǎng)方式相對更加成熟，目前仍然占據(jù)主要地位。未來，電力電子技術(shù)的發(fā)展將推動直流并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

4.儲能技術(shù)

隨著風(fēng)電等波動性電源并網(wǎng)比例不斷提升，傳統(tǒng)的“源-網(wǎng)-荷”運行方式已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)“發(fā)輸配用”同時性的要求，“源-網(wǎng)-荷-儲”的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)己被廣泛認(rèn)可。儲能以其能量的時空遷移特性和電能流動的雙向性，被公認(rèn)是解決風(fēng)電等可再生能源不穩(wěn)定性和提高其消納的有效途徑。

關(guān)于儲能研究大體可以分為兩類。一是研究高效的儲能方式。不同儲能方式的不同的特點，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。研究高效的儲能方式能夠提高儲能效率，降低成本。二是研究儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置。儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置包括空間分布的優(yōu)化以及儲能容量的優(yōu)化。已有的文獻(xiàn)從蓄電池儲能容量優(yōu)化模型、蓄電池容量確定方法、混合儲能控制策略、儲能系統(tǒng)容量配置等方面進(jìn)行研究。通過優(yōu)化儲能配置，能在保證達(dá)到風(fēng)電消納目標(biāo)的前提下，提高經(jīng)濟(jì)效益。

二、新時期新能源風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的挑戰(zhàn)

1.新能源發(fā)展戰(zhàn)略——完善并落實

我國在國家層面已提出“碳中和”的綠色發(fā)展目標(biāo)，電力行業(yè)也大力推動高比例可再生能源電網(wǎng)的理論和應(yīng)用研究，為風(fēng)電的發(fā)展鋪路。需要繼續(xù)有條不紊地制定和完善新能源發(fā)展政策，為科研工作者營造良好的研究環(huán)境，給風(fēng)電企業(yè)良好的營商環(huán)境。

在風(fēng)電接入電網(wǎng)的過程，切勿急功近利，不能為了達(dá)到某個比例目標(biāo)而盲目新增裝機(jī)或上網(wǎng)，避免大規(guī)模棄風(fēng)棄光。

2.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)——從引進(jìn)到引領(lǐng)

長久以來，我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在技術(shù)創(chuàng)新方面還比較薄弱，在風(fēng)電場風(fēng)機(jī)設(shè)備的建造在很大程度上仍需要引進(jìn)國外的技術(shù)，導(dǎo)致我國的風(fēng)電發(fā)展受制于人。因此，要發(fā)展好風(fēng)電，必須發(fā)展好風(fēng)電技術(shù)，打破國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)從引進(jìn)到引領(lǐng)。

3.電力市場——以消費促發(fā)展

國際電力市場風(fēng)電交易規(guī)則包括競價機(jī)制、懲罰機(jī)制、綠色交易憑證[18]。我國的電力市場仍然是以計劃手段為主，風(fēng)電場的發(fā)輸配電計劃均由政府制定，較難反映電價與市場供求的關(guān)系，導(dǎo)致風(fēng)電企業(yè)不易對市場的供求信息進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。另一方面，在現(xiàn)行的電力市場機(jī)制下，風(fēng)電市場并未完全發(fā)展好，而國內(nèi)的風(fēng)電設(shè)備市場趨于飽和，形成供需不平衡狀態(tài)，阻礙了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

因此，在電力市場方面，國家可以通過優(yōu)惠的政策支持，完善電價獎懲機(jī)制，建立一個公平、合理、有序的風(fēng)電市場，從而以消費推動風(fēng)電的平穩(wěn)發(fā)展。

結(jié)束語

綜上所述，在國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的支持下，經(jīng)過多年來風(fēng)電技術(shù)專家和電網(wǎng)工作人員的共同努力下，我國風(fēng)電發(fā)展已經(jīng)取得了舉世矚目的成績。所以在新時期我們應(yīng)該再接再厲，實現(xiàn)新能源風(fēng)電技術(shù)的新發(fā)展和新輝煌。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉昌義，朱蓉，王陽.我國風(fēng)能發(fā)展的經(jīng)濟(jì)與政策分析[J].閱江學(xué)刊，2018，10（01）.

[2]李耀華，孔力.發(fā)展太陽能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)加速推進(jìn)我國能源轉(zhuǎn)型[J].中國科學(xué)院院刊，2019，34（04）.

[2]國家能源局. 2020年上半年風(fēng)電并網(wǎng)運行情況[EB/OL].國家能源局，（2020-07-31）.