我國(guó)風(fēng)電利用技術(shù)現(xiàn)狀及其前景分析

王小全

摘要：闡述了風(fēng)電利用的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，提出了未來(lái)風(fēng)電高效利用的關(guān)鍵技術(shù)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)集群控制與優(yōu)化調(diào)度技術(shù)、大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，綜合利用風(fēng)能技術(shù)，在分布式接入技術(shù)、即插即用技術(shù)等的靈活控制下，互聯(lián)網(wǎng)可以相互補(bǔ)充，從風(fēng)電與大能源電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)機(jī)制建立、行業(yè)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定等方面提出了促進(jìn)風(fēng)電高效利用的建議。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電利用技術(shù);現(xiàn)狀。前景;分析研究

1我國(guó)風(fēng)電利用技術(shù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1集群風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)

風(fēng)電預(yù)測(cè)、并網(wǎng)控制和風(fēng)電調(diào)度是當(dāng)前大規(guī)模風(fēng)電集群發(fā)電技術(shù)的核心技術(shù)。在風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)方面，國(guó)內(nèi)已有許多研究機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu)。從中國(guó)風(fēng)資源的特點(diǎn)和中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式出發(fā)，預(yù)測(cè)方法包括風(fēng)速預(yù)測(cè)和風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)。在預(yù)測(cè)尺度方面，主要研究風(fēng)電的時(shí)間尺度和空間尺度。其預(yù)測(cè)方法包括基于數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)電預(yù)測(cè)、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等時(shí)間尺度預(yù)測(cè)方法。空間尺度預(yù)測(cè)方法包括基于單風(fēng)電場(chǎng)和集群風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電預(yù)測(cè)技術(shù)、單風(fēng)機(jī)和風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電預(yù)測(cè)技術(shù)。在預(yù)測(cè)時(shí)間上，分別從短期、中期和長(zhǎng)期三個(gè)方面，建立了長(zhǎng)期風(fēng)電預(yù)測(cè)模型，如基于數(shù)值天氣預(yù)測(cè)方法的短期風(fēng)電物理預(yù)測(cè)，以及基于風(fēng)速、風(fēng)電、艙外風(fēng)溫的歷史預(yù)測(cè)，風(fēng)向和風(fēng)電統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如短期預(yù)測(cè)方法等，以及基于多離群點(diǎn)平滑變換自回歸模型的短期風(fēng)電預(yù)測(cè)方法，同時(shí)結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)壓力、溫度、，利用濕度等氣象因素和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非線(xiàn)性函數(shù)建立風(fēng)電中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)技術(shù)。

1.2與其他能源的互補(bǔ)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電與其他能源的互補(bǔ)技術(shù)是將不同的發(fā)電方式進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電，從而提高可再生能源電力的穩(wěn)定需求，具有更好的環(huán)境效益。在我國(guó)大規(guī)?；パa(bǔ)發(fā)電技術(shù)中，風(fēng)電互補(bǔ)系統(tǒng)是應(yīng)用最早的互補(bǔ)技術(shù)。它的規(guī)模從幾十千瓦到數(shù)百兆瓦不等，并且具有良好的功率控制范圍。例如，40MW和20MW的風(fēng)電和光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的瞬時(shí)有功功率波動(dòng)范圍可達(dá)到35MW。建立了完善的風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電能源優(yōu)化協(xié)調(diào)管理體系。風(fēng)水互補(bǔ)系統(tǒng)具有系統(tǒng)功率穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)，但風(fēng)水協(xié)調(diào)運(yùn)行仍需考慮風(fēng)險(xiǎn)承受能力、資源投入程度和資源利用率。目前，中國(guó)已實(shí)施大唐多倫20MW風(fēng)水互補(bǔ)供電項(xiàng)目，國(guó)家電力投資云南大陽(yáng)山286MW風(fēng)水互補(bǔ)示范項(xiàng)目。在風(fēng)水互補(bǔ)技術(shù)研究中，主要對(duì)聯(lián)合系統(tǒng)的綜合效益進(jìn)行優(yōu)化分析，分別建立抽水蓄能電站與風(fēng)電聯(lián)合運(yùn)行模型。基于多目標(biāo)優(yōu)化模型等方法，計(jì)算分析了風(fēng)水互補(bǔ)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)年限內(nèi)的最大綜合效益。在中國(guó)，小規(guī)模風(fēng)電互補(bǔ)和風(fēng)水互補(bǔ)技術(shù)的應(yīng)用主要包括建立村級(jí)風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng)能、風(fēng)能無(wú)線(xiàn)電話(huà)轉(zhuǎn)盤(pán)供電系統(tǒng)，解決了部分農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)的用電需求。

1.3風(fēng)電大規(guī)模直接利用技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電制氫是國(guó)外研究和示范應(yīng)用的重點(diǎn)。中國(guó)在風(fēng)力發(fā)電制氫領(lǐng)域的研究和示范尚處于早期階段。如國(guó)網(wǎng)上海電力公司上海東海峰電場(chǎng)“風(fēng)電結(jié)合海水制氫技術(shù)初步研究”項(xiàng)目，中國(guó)節(jié)能風(fēng)電公司張北分公司100kW制氫、30kW燃料電池發(fā)電風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。以及位于河北省固原市的10MW水電解制氫系統(tǒng)，這是一個(gè)中德合作示范項(xiàng)目。在風(fēng)電制氫技術(shù)研究方面，主要集中在電解水制氫系統(tǒng)、風(fēng)電耦合制氫技術(shù)和儲(chǔ)氫輸送技術(shù)的綜合研究，包括研究電解水制氫設(shè)備作為輸出模型、儲(chǔ)氫系統(tǒng)能量協(xié)調(diào)控制策略等，但需要對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行評(píng)估。

大規(guī)模直接利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)包括壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能和鉛酸電池化學(xué)儲(chǔ)能、鋰離子電池和流動(dòng)電池儲(chǔ)能技術(shù)、風(fēng)力互補(bǔ)高溫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、，以及新電轉(zhuǎn)氣動(dòng)技術(shù)等，但大多受到技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)成本等瓶頸的限制。

1.4分布式風(fēng)電接入與控制技術(shù)

分布式風(fēng)電是風(fēng)電大規(guī)模利用之外的另一種利用形式。通常，35kV及以下電壓接入電網(wǎng)，并在附近滿(mǎn)足電力負(fù)荷。它是偏遠(yuǎn)或孤立地區(qū)的主要供電方式，接入方式為多點(diǎn)接入。我國(guó)分布式風(fēng)電的開(kāi)發(fā)利用尚處于起步階段。微電網(wǎng)作為一種分布式發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。分布式風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)是分布式風(fēng)能資源評(píng)估技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)技術(shù)、風(fēng)能存儲(chǔ)技術(shù)和控制系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)。在風(fēng)能資源評(píng)估和風(fēng)電預(yù)測(cè)方面，分布式風(fēng)電

遵循大規(guī)模集中風(fēng)電技術(shù)，缺乏一定的適應(yīng)性。在風(fēng)電儲(chǔ)能方面，風(fēng)電往往與蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合，可以在風(fēng)機(jī)附近進(jìn)行布局，并對(duì)蓄電池儲(chǔ)能進(jìn)行聯(lián)合協(xié)調(diào)控制，但由于多臺(tái)風(fēng)機(jī)或蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制相對(duì)復(fù)雜，整體協(xié)調(diào)控制需求較高，需要匹配更多獨(dú)立的測(cè)控系統(tǒng)，單位容量投資成本高，不利于設(shè)備維護(hù)，用戶(hù)用電滿(mǎn)意度低。在風(fēng)電控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方面，我國(guó)分布式風(fēng)電信息采集與監(jiān)測(cè)技術(shù)水平較低，相關(guān)研究較少，在系統(tǒng)優(yōu)化和運(yùn)行方面存在一定問(wèn)題。

2中國(guó)風(fēng)能高效利用的未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)

2.1大力推進(jìn)風(fēng)電與大能源電力系統(tǒng)雙贏發(fā)展

在發(fā)電側(cè)實(shí)現(xiàn)一體化協(xié)同發(fā)展，同時(shí)發(fā)展集中風(fēng)電基地，重視發(fā)展分布式風(fēng)電;在提高發(fā)電總裝機(jī)容量的同時(shí)，加快供電結(jié)構(gòu)調(diào)整和儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展;用能產(chǎn)業(yè)布局應(yīng)結(jié)合能源和資源稟賦的特點(diǎn)。為有效支持上述工作，必須高度重視能源和電力行業(yè)的統(tǒng)一規(guī)劃，加強(qiáng)區(qū)域能源規(guī)劃，協(xié)調(diào)常規(guī)能源和風(fēng)電等新能源的統(tǒng)一協(xié)調(diào)規(guī)劃和布局，實(shí)現(xiàn)電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.2建立風(fēng)電均衡發(fā)展等新能源激勵(lì)政策體系

建立完整的發(fā)電、并網(wǎng)、用電激勵(lì)政策體系。在供電方面，要加強(qiáng)調(diào)峰能力建設(shè)，加快完善火電機(jī)組靈活改造和參與調(diào)峰補(bǔ)償政策。在電網(wǎng)方面，在突破大型風(fēng)電場(chǎng)集群控制能力的基礎(chǔ)上，加快跨省、跨地區(qū)渠道建設(shè)，擴(kuò)大新能源配置范圍，全面發(fā)揮大電網(wǎng)的配置平衡能力。

2.3加快建立和完善風(fēng)電等新能源消費(fèi)市場(chǎng)機(jī)制

優(yōu)先發(fā)展風(fēng)能等新能源。優(yōu)先在全省調(diào)度新能源，打破全省火力發(fā)電計(jì)劃;打破省際壁壘，在區(qū)域內(nèi)實(shí)施跨省輔助服務(wù)。加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一的電力市場(chǎng)。建立以臨時(shí)交易為主補(bǔ)充的中長(zhǎng)期交易體系。啟動(dòng)跨地區(qū)、跨省份現(xiàn)貨市場(chǎng)。電力用戶(hù)可以選擇在各省和地區(qū)購(gòu)買(mǎi)新能源。盡快完善市場(chǎng)規(guī)則和新能源交易機(jī)制。建立新能源接收省和出口省的利益補(bǔ)償機(jī)制。鼓勵(lì)用戶(hù)積極參與電力需求側(cè)響應(yīng)和市場(chǎng)交易。研究完善網(wǎng)絡(luò)側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)機(jī)制。

2.4完善風(fēng)電行業(yè)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

將建立統(tǒng)一的風(fēng)電發(fā)展管理體系，關(guān)鍵是整合各方面的資源，落實(shí)國(guó)家風(fēng)電發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃和配套政策的設(shè)計(jì)，建立政府部門(mén)之間、電網(wǎng)整體之間的綜合協(xié)調(diào)機(jī)制，發(fā)電、氣象、技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)、裝備制造等部門(mén)，協(xié)調(diào)和配置技術(shù)等資源，負(fù)責(zé)重大項(xiàng)目的組織實(shí)施，為風(fēng)電發(fā)展創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境。其次，在五年發(fā)展規(guī)劃中，政府應(yīng)結(jié)合風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展變化，開(kāi)展一定規(guī)模的先進(jìn)技術(shù)示范項(xiàng)目，展示技術(shù)、資源、電網(wǎng)和市場(chǎng)的有效整合。

完善中國(guó)風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試和認(rèn)證體系。一是不斷完善風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)和認(rèn)證體系。其次，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和中國(guó)目前使用的其他標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行修訂，以符合中國(guó)的風(fēng)能資源和環(huán)境條件。同時(shí)，隨著風(fēng)電利用形式和策略的多樣化，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)需要及時(shí)更新。

3結(jié)論

目前，我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展存在著一些不匹配，許多風(fēng)電利用技術(shù)也隨之出現(xiàn)。在我國(guó)風(fēng)電利用技術(shù)方面，本文總結(jié)了我國(guó)風(fēng)電的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，指出了風(fēng)電集中與分散，可以通過(guò)技術(shù)推廣互補(bǔ)，最后從新能源激勵(lì)政策、強(qiáng)化新能源給定市場(chǎng)機(jī)制、風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面提出了風(fēng)電利用技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]張旭，陳云龍，岳帥，查效兵，張東英，薛磊.風(fēng)電參與電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)研究的回顧與展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2018，42（06）：1793-1803.

[2]呂文春，馬劍龍，陳金霞，吳雨晴.風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及制約瓶頸[J].可再生能源，2018，36（08）：1214-1218.