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我国风电技术该何去何从

日期:2018-09-26    来源:中国工程科学 

国际新能源网

2018
09/26
14:51
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关键词: 风电技术 风电行业 风能

  截至2017年,我国风电累计装机容量已连续8年位居世界第一,全国累计并网容量约为1.64×108 kW,与2007年相比,增长了约29 倍。
 
  2017 年全国风电上网电量达3.057×1011 kW·h,占当年全部发电量的4.8%,风电已成为我国第三大电源。风能开发与利用是我国能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径。
 
  我国风电现状及问题
 
  过去几年间我国多措并举,不断促进了风电的高效利用,但在风电并网运行、风电多种利用、多能互补利用、分布式开发利用等方面仍存在一些问题。
 
  风电并网运行
 
  风电功率预测
 
  目前我国已自主研发出电网侧和电站侧的风电功率预测系统,并在主要风电并网运行省区实现了应用覆盖。
 
  但在复杂地型、极端天气以及海上风电功率预测等方面,预测技术和方法仍需不断完善,功率预测也以确定性预测为主。
 
  风电集群控制
 
  我国研发了以公共连接点电压稳定为目标的风电场电压无功综合控制系统;研制了风电场有功协调控制系统,已成功应用于甘肃电网。
 
  总体来看,我国对于新能源电站有功、无功控制技术研究已经积累了一定经验,并研发应用了控制系统。但是,风电场/集群主动支撑电网运行控制性能还需提升。
 
  风电优化调度
 
  采用的主要调度模型和方法,包括以风险概率为约束的新能源随机优化调度方法等。国内已开发了新能源优化调度支持系统,并应用于我国23个省级(区)的电力调度控制中心。
 
  但在适应大规模风电集中送出的调度运行技术和促进风电消纳的电力市场及辅助服务技术等方面仍需加强。
 
  相对于陆上风电而言,我国海上风电的研究工作明显滞后,海上风电并网的影响、高压直流送出、远程集群控制等还处于研发初级阶段,相关技术标准和规程规范等还在制定中。
 
  风电多种利用
 
  风电制氢
 
  国内风电制氢系统关键技术研究还处于起步阶段,包括了风电场耦合制氢系统、风电制氢在海上风电场环境下的可行性等,并开展了多项风电制氢项目示范。
 
  风电制氢需要突破风电间歇性功率波动对制氢系统的影响问题、风电耦合氢能系统的集成控制和优化运行以及氢气的储运技术等,另外其经济效益问题也有待进一步深入研究。
 
  风电供暖
 
  国内已有部分风电开发企业开展了小规模风电供暖示范工程,风电供暖理论也在完善之中,主要技术难点在于热–电协调优化调度。现有电采暖运行模式多采用绑定结算模式,未考虑协调优化和调度控制。
 
  热–电联合运行监控软件的开发和应用还处于初级阶段,大多数监控系统还处于开发研究和试验阶段。
 
  多能互补利用
 
  多能互补是按照不同资源条件和用能对象,采取多种能源相互补充,以缓解能源供需矛盾,合理保护和利用自然资源,同时获得较好的环境效益的用能方式。
 
  风光水气火储等不同电源具有时空互补特性,多能互补是提高风电等新能源消纳能力的重要手段,包含小型的多能互补系统及电力系统级多能互补两个方面。
 
  现阶段我国在小型含风电的互补发电系统应用较多的是风水互补发电和风光互补发电。
 
  针对电力系统级的多能互补,国内提出了基于可靠性和设备调控能力的电力系统灵活性指标,采用确定性的电力系统规划准则;还提出了侧重于风光互补的多点布局规划设计方法,分析风电与其他电源联合运行的可靠性和经济性。
 
  目前还缺乏考虑多种电源复杂特性的电力系统灵活性分析方法,电网调度与控制尚未充分考虑多种电源、多时间尺度的全局优化与实时控制,现有控制系统难以充分利用动态变化的调峰能力来最大化消纳风电等新能源。
 
  分布式开发利用
 
  除大规模集中开发远距离外送,分布式开发利用是消纳风电的另一种主要形式。一般通过35 kV及以下电压等级接入电网,位于用户附近,以就地消纳为主,并采用多点接入、统一监控的并网方式。
 
  国内风电分布式开发利用尚处于示范应用阶段,落后于国外风电大国。目前已建成有示范工程,但大多沿袭集中式风电场开发经验或没有充分考虑当地配电网承载能力,这导致了投资较高、影响电网和用户供电质量等问题。
 
  分布式风电的关键技术主要有适用于分布式利用的资源评估技术、优化规划技术、功率预测技术、信息采集与监控技术等。
 
  微电网是分布式风电应用的有效形式之一。
 
  近几年,我国建起数个以风电为主、多能源互补的分布式微电网系统,如舟山东福山岛风光储柴微网发电系统,全岛负荷用电基本由风电等新能源提供。
 
  独立供电系统在不同运行方式下的电能质量能够达到国标要求,为偏远地区供电提供了一种新模式。但目前存在系统双向互动、优化运行等方面的技术瓶颈。
 
  我国风电技术趋势和建议
 
  大力发展风电等新能源,是构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系的必由之路。
 
  为支撑未来我国风电的大规模开发和高效利用,需要不断完善大规模风电并网运行技术、市场机制下的风电多能互补以及分布式利用等技术,不断探索风电多种利用形式,研究建立基于大数据技术的辅助风电运行管理平台等。
 
  为促进风电的高效利用,除在技术上进行不断创新突破外,还需要注重风电和其他能源的协调规划、风电等新能源激励政策、消纳市场机制和技术标准体系等的不断完善。
 
  大力推进风电与大能源电力系统共赢发展
 
  在发电侧做到一体化协同发展,集中式风电与分布式风电并重;在发电装机总量增加同时,加快电源结构调整和储能技术的发展;用能产业布局要与能源资源禀赋特点结合。
 
  为有效支撑上述工作,需要高度重视能源电力行业统一规划,强化区域能源规划,统筹常规能源电源与风电等新能源电源的统一、协同规划布局。
 
  建立均衡发展的风电等新能源激励政策体系
 
  建立涵盖包括发电、并网、用电在内的完整的激励政策体系。
 
  在电源侧,加强调峰能力建设,加快完善火电机组灵活性改造和参与调峰的补偿政策。
 
  在电网侧,突破大规模风电场集群控制能力,加快跨省跨区通道建设,统筹发挥大电网配置及平衡能力。
 
  在用户侧,推进电能替代,兼顾分布式发展,用市场办法引导用户参与调峰调频、主动响应新能源出力变化。
 
  加快建立完善风电等新能源消纳的市场机
 
  强化优先消纳风电等新能源。优先调度省内新能源;打破省间壁垒,区域内实行跨省辅助服务。加快构建全国统一电力市场,启动跨区跨省现货市场。放开电力用户跨省跨区购买新能源的选择权。
 
  尽快完善市场规则、新能源交易机制。建立新能源接受省与输出省利益补偿机制。鼓励用户积极参与电力需求侧响应和市场交易。
 
  完善风电行业管理和技术标准规范体系
 
  首先,要建立统一的风电发展管理体系。重点整合各方面的国家资源,开展国家风电发展战略、规划和扶持政策的设计,建立部门间综合协调机制,统筹电网、发电、气象、技术研发、规范标准、装备制造等各个部门,协调资金和技术力量等资源的分配,为风电发展创造良好的发展环境。
 
  其次,政府应在每五年发展规划中,结合风电技术的发展变化,开展一定规模的先进技术示范项目,展示技术、资源、电网与市场的有效融合。
 
  完善中国的风电标准、检测和认证体系,确保相关标准符合中国风电资源和环境条件。同时,随着风电利用形式和策略的多样化,相应标准需要及时更新。
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