風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)分析與評(píng)價(jià)探索

楊立業(yè)

【摘 要】本文簡(jiǎn)要概述了風(fēng)電新能源發(fā)展特點(diǎn)：風(fēng)電場(chǎng)位置偏遠(yuǎn)、穩(wěn)定性差，風(fēng)能能量?jī)?chǔ)存容量不足、密度小，風(fēng)輪機(jī)效率低下，電網(wǎng)無法調(diào)度;敘述了風(fēng)電新能源并網(wǎng)技術(shù)：預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電功率、無功補(bǔ)償方式;評(píng)價(jià)了風(fēng)電給電網(wǎng)帶來的影響：質(zhì)量影響、調(diào)度與規(guī)劃影響、系統(tǒng)穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電新能源;并網(wǎng)技術(shù);無功補(bǔ)償方式

引言

風(fēng)力發(fā)電已然成為新能源戰(zhàn)略中的重要部署，風(fēng)電新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景較好，具有良好的發(fā)展空間，伴隨而來的經(jīng)濟(jì)收益相當(dāng)可觀。風(fēng)電新能源并網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，有利于促進(jìn)裝機(jī)國(guó)產(chǎn)化、發(fā)電規(guī)模化、成本降低化。風(fēng)電新能源在未來發(fā)展中會(huì)獲得財(cái)政大力支持，實(shí)現(xiàn)環(huán)保事業(yè)發(fā)展。

1.風(fēng)電新能源的發(fā)展

1.1風(fēng)電場(chǎng)位置偏遠(yuǎn)、穩(wěn)定性差

由于風(fēng)資源分布地具有距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱的特點(diǎn)，導(dǎo)致電網(wǎng)輸電能力受到限制，不利于進(jìn)行風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)。

風(fēng)能是不穩(wěn)定能源，風(fēng)向與風(fēng)速具有動(dòng)態(tài)變化性質(zhì)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)較難實(shí)現(xiàn)被控制與調(diào)節(jié)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)發(fā)出的電能不夠穩(wěn)定，存在動(dòng)態(tài)變化與波動(dòng)的問題。

1.2風(fēng)能能量?jī)?chǔ)存容量不足、密度小

由于風(fēng)能的蓄電成本高，相比發(fā)電不具經(jīng)濟(jì)性，導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)蓄電能力不足。風(fēng)能的儲(chǔ)存容量是由輸出電量來調(diào)節(jié)的，輸出電量不足，導(dǎo)致儲(chǔ)存容量較小，造成蓄電能力較弱的問題。在發(fā)電容量相同的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪比水輪機(jī)大出許多，造成風(fēng)能能量密度小的問題。

1.3風(fēng)輪機(jī)效率低下

基于風(fēng)輪機(jī)體積較大，輸出電較少，蓄電容量小的特點(diǎn)，導(dǎo)致風(fēng)輪機(jī)工作效率低下。其中，垂直軸風(fēng)輪機(jī)的最大工作效率在35%左右，而水平軸風(fēng)輪機(jī)的工作效率不具穩(wěn)定性，在20%與50%之間。

1.4電網(wǎng)無法調(diào)度

基于風(fēng)能不穩(wěn)定特質(zhì)，因此不能依據(jù)負(fù)荷調(diào)度風(fēng)力發(fā)電，給電網(wǎng)調(diào)度帶來難度。此外，風(fēng)電機(jī)組沒有工作人員值班看守，人工調(diào)度的可能性太小。如果擴(kuò)大人力隊(duì)伍，易造成人力資源成本問題。

2.風(fēng)電新能源并網(wǎng)技術(shù)分析

2.1預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電功率

預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電功率技術(shù)用來預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電量，通過提高風(fēng)電調(diào)度性，利用調(diào)度電源來實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)功能。此技術(shù)與數(shù)字天氣預(yù)報(bào)技術(shù)相組合，來提升短期預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度。技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)有三個(gè)方面：其一，利用天氣預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，獲取氣溫、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的動(dòng)態(tài)調(diào)度;其二，利用風(fēng)機(jī)周邊環(huán)境的天氣數(shù)據(jù)，將風(fēng)速、發(fā)電機(jī)風(fēng)輪高度與風(fēng)向的關(guān)系計(jì)算得出，有利于增加輸電量、增強(qiáng)蓄電能力，提高工作效率;其三，利用得出的風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)機(jī)功率曲線，來推算風(fēng)機(jī)發(fā)電功率。與天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)相結(jié)合的方式，有利于預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電功率工作開展，避免惡劣環(huán)境影響預(yù)測(cè)結(jié)果，有效提升預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度^[1]。

2.2無功補(bǔ)償方式

無功補(bǔ)償方式是促進(jìn)電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，有利于增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。此技術(shù)對(duì)于增強(qiáng)異步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電具有重要意義。增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性的技術(shù)性對(duì)策有三種：其一，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，例如，改善靜止的補(bǔ)償器SVC，來提升電廠安全容量。選擇補(bǔ)償器容量時(shí)，應(yīng)對(duì)比其調(diào)節(jié)性能、風(fēng)電場(chǎng)容量、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素，來保障補(bǔ)償器的工作質(zhì)量，有效提升電廠安全容量，促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)電。其二，利用補(bǔ)償器來加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、增加電網(wǎng)功率，來提升風(fēng)電場(chǎng)安全容量，加強(qiáng)風(fēng)電系統(tǒng)穩(wěn)定性。其三，保障系統(tǒng)運(yùn)行正常，利用低電壓風(fēng)電機(jī)組的自動(dòng)切除功能，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的有效控制。應(yīng)注意切除范圍，避免失去對(duì)電網(wǎng)調(diào)節(jié)控制能力。

3.風(fēng)電給電網(wǎng)帶來的影響

3.1質(zhì)量影響

第一，閃變。風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊電流，如果風(fēng)速失控，不在自動(dòng)切除范圍時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行狀態(tài)。如若風(fēng)電場(chǎng)多組風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，其電流沖擊對(duì)配電網(wǎng)的質(zhì)量影響較大。風(fēng)速具有動(dòng)態(tài)性，雖加以控制，但是風(fēng)機(jī)出力的波動(dòng)值，正好在電壓閃變的發(fā)生頻率內(nèi)。因此，風(fēng)電給電網(wǎng)帶來電能閃電的影響。

第二，諧波污染。風(fēng)電給配電網(wǎng)帶來的諧波有兩種：其一，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的電力電子裝置，伴隨諧波問題。如果電力電子裝置中的切頻率，與產(chǎn)生諧波的范圍值交叉，導(dǎo)致諧波污染。其二，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并聯(lián)補(bǔ)償，電容器與線路相互作用，電抗諧振，造成波問題。

3.2調(diào)度與規(guī)劃影響

第一，對(duì)調(diào)度的影響。風(fēng)電場(chǎng)在實(shí)施并網(wǎng)技術(shù)后，電網(wǎng)、風(fēng)電調(diào)度容量之間的關(guān)系：如果電網(wǎng)調(diào)度容量有限，則風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行受限;電網(wǎng)出現(xiàn)電場(chǎng)功率波動(dòng)時(shí)，給予風(fēng)電的電網(wǎng)功率相對(duì)減少。因此，風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度造成影響，大量消耗調(diào)度，造成資源緊張問題。

第二，對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的影響。風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)內(nèi)容：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電傳輸、電網(wǎng)規(guī)劃等相關(guān)內(nèi)容。由于風(fēng)力的不穩(wěn)定性，對(duì)配電網(wǎng)的控制與調(diào)節(jié)增加了難度，導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備投資力度加大，增加配電網(wǎng)的運(yùn)行成本，影響到電網(wǎng)內(nèi)部供需結(jié)構(gòu)。由于風(fēng)電具有密度小、間隙性的特點(diǎn)，導(dǎo)致風(fēng)電裝機(jī)比例超出規(guī)格，容易造成危險(xiǎn)。電網(wǎng)在引入風(fēng)電建設(shè)后，應(yīng)調(diào)整電網(wǎng)規(guī)劃，建設(shè)電網(wǎng)與風(fēng)電網(wǎng)和諧發(fā)展的步調(diào)，改換大電網(wǎng)，來適應(yīng)風(fēng)電的特點(diǎn)。因此，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高效輸送電能，優(yōu)化資源配置，來促進(jìn)電網(wǎng)的發(fā)展，來提高人們生活水平^[2]。

3.3系統(tǒng)穩(wěn)定性

第一，電壓穩(wěn)定性。降低電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的主要原因：風(fēng)電場(chǎng)的無功率需求。風(fēng)電場(chǎng)容量大、無功率控制能力，是影響電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵。影響電壓的因素：電網(wǎng)的強(qiáng)弱，風(fēng)機(jī)的類型，風(fēng)機(jī)功率調(diào)節(jié)技術(shù)，無功功率補(bǔ)償技術(shù)等。

第二，頻率穩(wěn)定性。

風(fēng)電場(chǎng)容量與系統(tǒng)總?cè)萘康恼急龋菦Q定風(fēng)電場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)頻率產(chǎn)生影響的關(guān)鍵。如果風(fēng)電場(chǎng)容量占比值較大的話，其波動(dòng)性會(huì)加大對(duì)電網(wǎng)頻率、電能質(zhì)量造成影響。電網(wǎng)常規(guī)機(jī)組需要具備較高的頻率響應(yīng)能力，來適應(yīng)風(fēng)電的高能波動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電的控制與調(diào)節(jié)，來抑制波動(dòng)帶來的影響。但是對(duì)于小型電網(wǎng)而言，風(fēng)電帶來的波動(dòng)性影響不容小覷。

結(jié)論：綜上所述，通過對(duì)風(fēng)電新能源特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)，其中存在大量不足亟需改進(jìn);分析并網(wǎng)技術(shù)可知，風(fēng)電新能源具備超強(qiáng)空間，有待進(jìn)一步開發(fā)，來提高大型風(fēng)電運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。對(duì)于技術(shù)上出現(xiàn)的問題提出改善方案，來促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，有利于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉喬.風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)分析評(píng)價(jià)[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2013（06）：276-277.

[2]許立仁.風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)分析評(píng)價(jià)[J].綠色環(huán)保建材，2017（06）：8.

（作者單位：黑龍江龍?jiān)葱履茉窗l(fā)展有限公司）