檀宗正

摘 要：隨著化石能源的消耗和環(huán)境保護問題逐漸得到人們的重視，綠色可再生能源成為世界各國的主要研究方向，其中風能以它獨特的優(yōu)勢得到了廣泛的應用和研究，但是風力發(fā)電對比傳統(tǒng)的火力發(fā)電在我國還存在很多的問題亟待解決。本文對比國內(nèi)外的風力發(fā)電的研究和應用，指出待解決的問題和今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；能源結(jié)構(gòu)；風電并網(wǎng)

一、引言

隨著科技發(fā)展社會進步，能源問題成為當今世界最重要的問題之一。為了保護自然環(huán)境，提高可持續(xù)性，綠色能源越來越多的被人們提到，風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。據(jù)研究全球的風能儲備十分豐富，其中可為人類利用的風能就比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。

我國幅員遼闊，風能資源非常豐富，據(jù)統(tǒng)計可供開發(fā)利用的風能儲量約10億kW，若能有效利用其中一部分風能，都能大大緩解我國的資源壓力，改善能源分布情況。目前我國正大力發(fā)展風力發(fā)電技術(shù)，希望能夠大大改善我國的電能供應情況。

眾所周知風力發(fā)電是存在很大波動性的，不可能像火力發(fā)電一樣能夠保證穩(wěn)定的輸出，這就造成在負荷需求的峰值不能有效的提供電能，相反在負荷的低谷處反而會提供較多的電能。要想有效利用風電必須要解決并網(wǎng)問題。比較歐美國家風力發(fā)電的發(fā)展情況，我國的風力發(fā)電雖然近些年投入不菲，但仍處于起步階段。就我國國情來說，風力發(fā)電的發(fā)展主要受到以下幾方面問題的影響：

二、能源結(jié)構(gòu)

就目前而言，我國主要的電能還是來自于煤電，據(jù)統(tǒng)計2015年我國煤電約占總能源消費的63%，對比歐美國家的能源結(jié)構(gòu)主要以石油天然氣為主，美國天然氣發(fā)電量占總量的27%，英國甚至達到了60%，而北歐部分國家的水力發(fā)電量可占到90%?？梢娢覈哪茉礄C構(gòu)非常不合理，對于風電的容納能力也會低于歐美國家，因為就調(diào)峰能力來說天然氣、水力發(fā)電都要強于火力發(fā)電。

雖然歐美等國的能源結(jié)構(gòu)要優(yōu)于我國，但是這些國家的風力發(fā)電也出現(xiàn)過并網(wǎng)難的問題，可見要實現(xiàn)風電無擾動的并入電網(wǎng)運行是一個非常棘手的問題。

我國在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)問題上正做著積極的努力，降低煤電所占的比重，提高可再生能源的比重。

圖1 2015年我國能源結(jié)構(gòu)

如圖可見我國15年將煤電比重降低到了63%，提高可再生能源的比值達到12%。在“十二五”規(guī)劃中提出要在2015年達到非化石能源占一次能源消費比重11.4%的目標，而2015年的統(tǒng)計結(jié)果表明已超額完成。進而又在“十三五”規(guī)劃中希望將這個比重在2020年提高到15%。

三、 電能傳輸

風電應用最好的國家應該是丹麥，2013年丹麥的風電可以達到全國總電量的40%，這是一個非常高的數(shù)字。對比來看，丹麥的風電站的規(guī)模遠不及我國千萬千瓦級的風場，另外丹麥國土面積較小風電可以就地消費不用經(jīng)歷遠距離傳輸，并且和相鄰的北歐電網(wǎng)有非常好的調(diào)度配合。我國雖然風能資源十分豐富，但是主要集中在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、河北、江蘇等地區(qū)，而這些地區(qū)卻又不是主要的負荷消耗低，所以這些千萬千瓦級規(guī)模的風力發(fā)電站發(fā)出的電能并不能很好的就地消化。

我國主要的能源消耗地區(qū)集中在“三華”也就是華中、華北、華東地區(qū)，圖中可以看到風電要想輸送到這些地區(qū)需要通過幾百公里甚至幾千公里的距離。由于風力強弱會造成風電出力的隨機波動，進而會導致與之相連的電網(wǎng)內(nèi)的無功功率的大小和方向隨機變化，這會對整個電網(wǎng)的安全造成很大的隱患。

我國在這方面也正做著積極的努力，2013年底世界上首個多端柔性直流輸電工程——南方電網(wǎng)南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程正式投運。該工程為遠距離大容量輸電、大規(guī)模間歇性清潔電源接入、構(gòu)建直流輸電網(wǎng)絡(luò)等提供了安全高效的解決方案。

另外隨著儲能技術(shù)的發(fā)展，或許不就得將來可以將風電大規(guī)模的儲存，這樣就完美的解決了風電波動性大的問題。

圖2 我國風能電廠分布

四、 風情預測

由于風力發(fā)電的特殊性，風力強時風場會發(fā)出較多的電能，風力強弱對風場的影響非常大。所以必須對當?shù)氐娘L力情況有所預計，才能保證調(diào)度中心可以根據(jù)風情報告做出合理的調(diào)度計劃，但是我國現(xiàn)有技術(shù)和人員導致當前風情預測技術(shù)準確率比較低，難以為調(diào)度中心提供可靠的參考資料。所以風電難以配合大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，可能對電網(wǎng)造成較大的擾動，往往不得不采取棄風措施。

對比歐美國家的相關(guān)技術(shù)發(fā)展，以西班牙和丹麥為代表。他們較早就開展了風電的功率預測工作，目前已能夠?qū)崿F(xiàn)風電輸出功率的日前預測。其中西班牙甚至規(guī)定風電出力預測誤差超過20%時將被罰款，這樣就保證各風場能夠為調(diào)度中心提供較準確的風電功率預測報告，為風電的并網(wǎng)運行提供了可行性。

五、 結(jié)語

通過本文的介紹了解到我國風電發(fā)展面臨的問題，隨著我國在風電的投入逐漸加大，在這些問題上也取得了一定的進展，但是還有很長的路要走。相信風電在不久的未來能夠成為我國能源結(jié)構(gòu)中重要的一環(huán)。（作者單位：嘉興學院南湖學院）

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