使現(xiàn)有水電站成為吸納風(fēng)電的最有效載體

趙光天

（浙江永昌儀表有限公司，浙江天臺(tái) 317200）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的不斷增長，對(duì)能源的需求迅速增加，傳統(tǒng)化石能源逐漸枯竭。我國是以煤炭資源為主的能源消耗大國，而煤炭的燃燒會(huì)排放大量CO2和SO2等物質(zhì)，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、酸雨、霧霾等嚴(yán)重的污染。因此，必須實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，降低能耗、節(jié)約能源、拓寬發(fā)展可再生能源已是當(dāng)務(wù)之急。風(fēng)能是發(fā)展最快的可再生能源，取之不盡，用之不竭，且無處不在，風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，發(fā)展風(fēng)能這種綠色能源勢在必行。

1 風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，我國風(fēng)能資源豐富，居世界前列，主要分布在東南沿海、東北、華北和西北地區(qū)，具有風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)。我國利用風(fēng)能可以追溯到公元前，宋代風(fēng)車的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。新中國建國初期，我國開始進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)利用，經(jīng)過了探索試驗(yàn)、離網(wǎng)式風(fēng)能發(fā)電、并網(wǎng)風(fēng)能發(fā)電及當(dāng)前的規(guī)模化發(fā)電這幾個(gè)階段。2005年以前，我國的風(fēng)電發(fā)展還處在落后狀態(tài)。近年我國政府對(duì)風(fēng)能利用開始重視，出臺(tái)一系列政策和措施，為風(fēng)電發(fā)展提供了強(qiáng)大的政策支持。截至2012年，我國（不包括臺(tái)灣地區(qū)）累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組53 764 臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)75 324 MW，風(fēng)電裝機(jī)容量世界第一。但是我國的風(fēng)電發(fā)展仍存在一些問題：①風(fēng)電技術(shù)整體發(fā)展水平低下，風(fēng)機(jī)制造技術(shù)落后，核心技術(shù)掌握在外資公司手中，關(guān)鍵設(shè)備仍需進(jìn)口；②風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢；③風(fēng)電發(fā)展的政策環(huán)境不夠穩(wěn)定，地方政府和部門政策各自為政，缺乏協(xié)調(diào)性和可操作性；④缺乏適合風(fēng)電發(fā)展的市場需求和競爭機(jī)制；⑤電網(wǎng)吸納風(fēng)電和輸出容量的制約；⑥風(fēng)能本身的間歇性、不穩(wěn)定性和不可控性造成風(fēng)電場所發(fā)的電為劣質(zhì)電；⑦解決風(fēng)電的并網(wǎng)問題，技術(shù)復(fù)雜且投資大。針對(duì)風(fēng)電存在的上述問題，國外采用水電互補(bǔ)，加強(qiáng)調(diào)度；國內(nèi)解決方法以提高風(fēng)能功率預(yù)測的準(zhǔn)確性，通過風(fēng)（電）光（電）儲(chǔ)（蓄電池）互補(bǔ)利用，并取得一定的成效。總體來看，國內(nèi)外采用的方法還是先并網(wǎng)后使用，無法從根本上解決風(fēng)電存在的諸多問題，造成風(fēng)電場投資大，入網(wǎng)電價(jià)高，還需要政府補(bǔ)貼，由此，當(dāng)前我國風(fēng)電場裝機(jī)量大，發(fā)電量少，棄風(fēng)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全國棄風(fēng)損失超過200億元。因此，改變思路，利用先進(jìn)技術(shù)提高風(fēng)能的有效利用率，降低風(fēng)電成本，變劣質(zhì)電為優(yōu)質(zhì)電是當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)重要課題。

2 水電發(fā)展現(xiàn)狀

水電是最具規(guī)模發(fā)展的清潔可再生能源，也是我國能源的重要組成部分。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，水電也得到快速發(fā)展，2004年以后，我國水電裝機(jī)容量持續(xù)居世界第一。

我國水資源世界第一，但區(qū)域分布不均，季節(jié)差距大。水資源主要集中在長江、黃河等大江大河，由于受氣候的影響，汛期水力資源豐富，而枯水期相對(duì)很少，這就需要水庫來調(diào)節(jié)，進(jìn)而提高水力發(fā)電的穩(wěn)定性，同時(shí)兼具防洪、灌溉和航運(yùn)等功能。我國的水電發(fā)展起步于20世紀(jì)初，第一座石龍壩水電站在云南建成。上世紀(jì)50年代在浙江新安江建成第一座大型水電站（新安江水電站）。隨著改革開放的逐步深入和水電技術(shù)的進(jìn)步，相繼建成了三峽、葛洲壩等多個(gè)世界聞名的大型水電站，取得了令人驚嘆的成績。2010年我國裝機(jī)容量達(dá)到1.9億千瓦，2020年發(fā)展目標(biāo)是3億千瓦。

同風(fēng)電發(fā)展相似，水電發(fā)展在目前也出現(xiàn)了瓶頸期。水電建設(shè)面臨了諸多問題，如土地、環(huán)保、移民等。由于上述問題的存在，水庫擴(kuò)容十分困難，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，水電站利用率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國水電站年發(fā)電時(shí)間在2000~3000 h。如何提高水電站的利用率，優(yōu)化水電站的運(yùn)營模式，實(shí)現(xiàn)水電的可持續(xù)發(fā)展已迫在眉捷。

3 孤島封閉運(yùn)營模式

目前，風(fēng)電和水電都遇到了發(fā)展瓶頸，為了解決風(fēng)電本身的不均衡性和不連續(xù)供電，本文提出用水電站作為風(fēng)能的儲(chǔ)能裝置，孤島封閉運(yùn)營，吸納和儲(chǔ)蓄風(fēng)電。其孤島封閉運(yùn)營模式為：風(fēng)電站、直流輸電，變頻電機(jī)、抽水機(jī)、上下水庫（梯級(jí)電站的上下級(jí)電站）構(gòu)成孤島封閉運(yùn)營。風(fēng)電站所發(fā)的電不并網(wǎng)，全部通過直流輸電技術(shù)、帶動(dòng)變頻電機(jī)推動(dòng)抽水機(jī)，將水電站下級(jí)水庫（緩沖庫或下級(jí)電站）的水提升至上水庫（梯級(jí)電站的上級(jí)電站），將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成水能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電變水電。該運(yùn)營模式無論從理論還是技術(shù)的角度，均是可行的。實(shí)現(xiàn)這個(gè)構(gòu)想亟需解決以下問題：①政策措施的出臺(tái)；②各部門之間的協(xié)調(diào)。建議先進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬試驗(yàn)，再建設(shè)小型的孤島封閉模式來驗(yàn)證該理論的可行性，以便大規(guī)模推廣。

4 結(jié) 論

采用孤島封閉運(yùn)營模式有以下優(yōu)點(diǎn)：①由于抽水裝置對(duì)電源質(zhì)量要求較低（相對(duì)于風(fēng)電并網(wǎng)的電源質(zhì)量），因此可以降低整個(gè)風(fēng)電場的裝備技術(shù)要求，減少風(fēng)電場投資成本，同時(shí)增加了風(fēng)力發(fā)電時(shí)間，有效解決棄風(fēng)問題，降低了風(fēng)電成本，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的整體效率；②解決風(fēng)電并網(wǎng)難題；③提高了電網(wǎng)的調(diào)峰能力；④采用孤島運(yùn)行模式擴(kuò)大風(fēng)能裝機(jī)的總量；⑤加快風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入良性循環(huán)期，達(dá)到商業(yè)化運(yùn)營無需國家補(bǔ)貼。

采用孤島封閉運(yùn)營模式組建星羅棋布的大中小微的儲(chǔ)能裝置，以風(fēng)力和水力兩種綠色可再生能源做成局域網(wǎng)，微電網(wǎng)為組建強(qiáng)大的智能電網(wǎng)輸送安全優(yōu)質(zhì)電源，為滿足社會(huì)用電需求，并且大幅降低環(huán)境污染，為建設(shè)美麗中國做貢獻(xiàn)。