針對(duì)新時(shí)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(dú)厚的風(fēng)能資源，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展取得舉世矚目的成績(jī)，但同時(shí)也給電網(wǎng)運(yùn)行帶來一定的挑戰(zhàn)。在“碳中和”的新時(shí)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(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃日益成為電力行業(yè)乃至社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。

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

多年來我國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)一直以火電、煤電為主，對(duì)化石能源產(chǎn)生了長(zhǎng)期的依賴，而對(duì)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(guó)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(shì)，得到國(guó)家政策的大力支持，因而我國(guó)的風(fēng)電技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量顯著提高，為我國(guó)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(guó)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(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生頻率波動(dòng)。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(yùn)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(cè)技術(shù)、風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)和儲(chǔ)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(shí)際電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量需求越來越大，同時(shí)要滿足風(fēng)機(jī)能夠安全并網(wǎng)，具有較強(qiáng)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(shí)也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

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(duì)成熟，同時(shí)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有尺寸小、造價(jià)低等特點(diǎn)，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(jià)貴，但其具有更高的發(fā)電效率和更強(qiáng)的電網(wǎng)兼容性，理論上說，對(duì)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，獲得更廣泛的應(yīng)用。

2.風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)

由于風(fēng)力的波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的不安全運(yùn)行，因此業(yè)界希望能夠?qū)崟r(shí)跟蹤風(fēng)電出力，即實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率的準(zhǔn)確、可靠、快速預(yù)測(cè)。發(fā)展風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)可信度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電出力的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)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(gè)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(cè)中，進(jìn)一步有力地推動(dòng)風(fēng)電的發(fā)展。

3.風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)電場(chǎng)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(diǎn)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(duì)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(dòng)直流并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

4.儲(chǔ)能技術(shù)

隨著風(fēng)電等波動(dòng)性電源并網(wǎng)比例不斷提升，傳統(tǒng)的“源-網(wǎng)-荷”運(yùn)行方式已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)“發(fā)輸配用”同時(shí)性的要求，“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)己被廣泛認(rèn)可。儲(chǔ)能以其能量的時(shí)空遷移特性和電能流動(dòng)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(chǔ)能研究大體可以分為兩類。一是研究高效的儲(chǔ)能方式。不同儲(chǔ)能方式的不同的特點(diǎn)，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。研究高效的儲(chǔ)能方式能夠提高儲(chǔ)能效率，降低成本。二是研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置。儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置包括空間分布的優(yōu)化以及儲(chǔ)能容量的優(yōu)化。已有的文獻(xiàn)從蓄電池儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化模型、蓄電池容量確定方法、混合儲(chǔ)能控制策略、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置等方面進(jìn)行研究。通過優(yōu)化儲(chǔ)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(shí)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(shí)

我國(guó)在國(guó)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(dòng)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(yíng)造良好的研究環(huán)境，給風(fēng)電企業(yè)良好的營(yíng)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(gè)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(zhǎng)久以來，我國(guó)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(chǎng)風(fēng)機(jī)設(shè)備的建造在很大程度上仍需要引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)，導(dǎo)致我國(guó)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(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)從引進(jìn)到引領(lǐng)。

3.電力市場(chǎng)——以消費(fèi)促發(fā)展

國(guó)際電力市場(chǎng)風(fēng)電交易規(guī)則包括競(jìng)價(jià)機(jī)制、懲罰機(jī)制、綠色交易憑證[18]。我國(guó)的電力市場(chǎng)仍然是以計(jì)劃手段為主，風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)輸配電計(jì)劃均由政府制定，較難反映電價(jià)與市場(chǎng)供求的關(guān)系，導(dǎo)致風(fēng)電企業(yè)不易對(duì)市場(chǎng)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(chǎng)機(jī)制下，風(fēng)電市場(chǎng)并未完全發(fā)展好，而國(guó)內(nèi)的風(fēng)電設(shè)備市場(chǎng)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(chǎng)方面，國(guó)家可以通過優(yōu)惠的政策支持，完善電價(jià)獎(jiǎng)懲機(jī)制，建立一個(gè)公平、合理、有序的風(fēng)電市場(chǎng)，從而以消費(fèi)推動(dòng)風(fēng)電的平穩(wěn)發(fā)展。

結(jié)束語

綜上所述，在國(guó)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(guó)風(fēng)電發(fā)展已經(jīng)取得了舉世矚目的成績(jī)。所以在新時(shí)期我們應(yīng)該再接再厲，實(shí)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)：

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