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            安裝選型
            大規模風電機并網措施和技術
            頁面更新時間:2016-02-28 08:44

                     風能是最具有開發價值的新能源,風能是分布最廣,離我們最近,取用最方便的無污染的清潔能源,用好風電對減少碳排放,改善環境意義重大。風能也是儲量巨大的新能源,風能取之不盡,用之不竭,并具有相對最低的開發成本,所以風電的發展應該作為新能源發展的重點。
              
              我國是一個內陸大國,又是一個海岸線最長的國家,陸地的風速與沿海的風速特點是完全不同的,并且沿海有臺風對風電機造成威脅。所以我們在開發風能的技術上應當有所區別,在風電機的設計上應該體現不同的特點,對于陸地風電機應完全側重提高微風發電性能,對于沿海風電機應完全側重較高風速的特點,并且要完全具有抗臺風能力。也就是說風電機的外形和特點是完全不同的,只有這樣才能充分提高陸地和沿海在時間最長、最大風速區間的風能利用率,才能保證風電機的發電時間最長,風電的輸出量最穩定,風電的發電量最大,才能保證我國風能的充分利用,才能保證我國風電產業健康發展。所以我們將開發出“陸地微風高效新型風電機”和“沿?古_風新型高效風電機”。還有大規模風電場建設也是中國創舉,中國特色,面臨大規模風電機并網這個世界難題,我們將采取“智能火電廠”作為配套措施,并利用慣性儲能裝置和電控技術來解決這個世界難題。
              
              (一)陸地微風高效新型風電機
              
              風電開發對我國來說才剛剛起步,風電占全國的用電量還非常小,面對如此巨大的市場,為什么我們的80多家生產企業大部分產能閑置?為什么會出現嚴重產能過剩?有人認為是電網瓶頸的限制,也有大部分人認為是產業發展過快過熱造成的。這些問題與風電產業巨大的發展空間相比,可以說是微不足道的。目前大家都盯著國家和地方的那點風電項目肯定是不行的,我們應該在風電機的推廣普及上尋找“突破口”,我國地域遼闊,急需用電、大量用電的地方很多,任何山區、草原、邊防站、海島、勘探單位、企業廠礦,冶煉單位等,這些地方蘊藏著巨大的開發空間,如果這些市場得到開發,都用上大型風電設備,不但可以使這些企業產能得到釋放,還可能會岀現產能不足的問題。所以我們要在風電機的普及推廣上下功夫,大幅提高風電機微風發電性能,適合在全國各地推廣;大幅降低風電機成本,使風電成本小于火電和水電,提高風電的競爭能力。
              
              我國陸地風速較低,有多風地區,但都較偏遠,大部分是少風地區,我們要讓少風地區也用上風電機,就必須大幅提高微風發電性能。目前歐美的風電技術都是以海洋性氣候發展起來的高風速風電機,陸地使用最大的缺點是發電效率太低,三級風以下基本沒有發電能力,設計風速是13~15米/秒,也就是要達到七級大風才能滿負荷,這樣的大風在陸地很罕見。還有風電機的高昂成本也不利于風電機推廣普及。提高發電量,降低風電機成本是目前迫切解決的問題。
              
              我國風電產業的“突破口”在于生產開發微風高效的新型風電機,這種風電機性能應當是一、二級風就能啟動,三四級風就能很好發電,五級風就可以達到滿負荷,適合在全國大部分地區推廣使用,具有良好的并網穩定性,風電機成本降低60%以上,基本實現免維護,讓人人都敢用,人人都好用,并可以實現在三年內收回投資,風電機優良的發電性能和低成本將為風電產業的發展開辟巨大的空間。
              
              首先各工礦企業都有安裝大型風電設備的需求,如果能一次投資,享受二、三十年的收益,安裝風電機的積極性肯定非常高,對于大型冶煉單位,一般都有自己的發電廠,如果能夠大量利用風電,起到節能減排的作用,對提高企業效益有很大的幫助,低成本的風電肯定會得到大量推廣使用,全國的工礦企業蘊藏著巨大的風電市場,這個市場的規模將比國家投資在建的“陸地三峽”大數倍。我國各地還有無數的火電廠,在電廠周圍都可以布滿風電機,可以實現風電與火電的互補,并可以隨時根據風電調控火電,這對降低火電廠的碳排放是非常有利的,并且投資較小,控制靈活,取得效益顯著,這些火電廠周圍衍生出來的風電場規模不會小于“陸地三峽”的規模,進一步擴展了風電的發展空間。我國還有分布在山區的數百個水電站,山頂都有很豐富的風能,由于新型風電機可以實現免維護,并且安裝方便,成本和安裝費用都較低,不需要太大的投資就可以實現規;\營。風電最大的不足就是具有間歇性,而水電最大的優點就是調控方便,風電和水電可以說是一種完美結合,并將成為風電的一種發展方向,又為風電發展開辟巨大的發展空間。所以,大力發展低成本的適合在全國各地推廣的微風高效新型風電機是促進風電產業發展,解決風電產能過剩的“突破口”。
              
              (二)沿?古_風新型高效風電機
              
              我國有很長的海岸線,沿海蘊藏著非常豐富的風能資源,由于臺風對風電機的破壞很大,嚴重阻礙了沿海風能的開發。海上風電技術一直都是國外研發的重點,但在抗臺風技術上始終沒有重大突破,葉片技術和控制技術也沒有重大改進,國外在開發海上風能的過程中也遭受了巨大的損失。雖然臺風對風能的開發造成了很大的威脅,但仍不能阻擋人們開發海上風電的熱情,現在海上風力發電已經悄然興起。中國海上風能資源儲量遠大于陸地風能,儲量10m高度可利用的風能資源超過7億kW,而且距離電力負荷中心很近。如果能夠得到有效開發,將對我國經濟發展提供有力保障,也為節能減排的目標作出貢獻。
              
              從理論上講進口風電機組的運行風速達50~60m/s,12級颶風的平均風速是34m/s,也就是說風電機組可以在任何狂風暴雨中運行,強度還有富余。但事實卻是殘酷的,2003年13號臺風“杜鵑”,2006年1號臺風“珍珠”和8號臺風“桑美”分別造成了廣東汕尾紅海灣風電場,南澳風電場和浙江蒼南鶴頂山風電場的風機嚴重損毀。從風電機組控制系統的原理來講,當風電機處于狂風狀態時,可以自動調節風輪葉片自動卸載,使葉片與風向平行,這樣葉片受到風的作用力最小,也就抵抗了風的破壞作用。但風電機在臺風中損毀,說明風電機的控制技術還不穩定和可靠,并存在嚴重缺陷。
              
              現有葉片都非常巨大,大型葉片帶來的巨大風載是造成風電機不穩定和強破壞性的罪魁禍首,嚴重影響了風電機的正常使用,帶來高額維護費用也是風電產業無法承受的,特別是沿海風電機會受到臺風的嚴重損毀,造成的損失是巨大的。還有控制系統的滯后性也是造成沿海風電機在臺風中損毀的主要原因。我們要解決抗臺風問題,就必須解決高風載問題和控制系統的滯后性問題。而現有葉片的高風載是無法改變的,葉片的性能決定了高風載的特性,僅靠改進無法改變高風載特性。我們現在應該做的就是徹底改變風電機結構,只有改變葉片高風載的破壞力,才能保證風電機的穩定和安全,才能解決風電機的抗臺風問題。還有控制系統的滯后性問題,將控制系統改的更靈敏是不是就可以改變控制滯后的問題?答案是否定的。搞風電研究的人對風向標都非常熟悉,自然界中風向的變化是很快的,風電機很龐大,不可能在短時間完成調整過程。反而言之,就是我們做到了很靈敏,偏航裝置和變漿矩裝置在臺風中不停進行調整工作,長時間的超負荷運轉,會造成控制裝置的發熱,發熱就會導致控制裝置自動停機,變槳距裝置擔負著葉片的卸載功能,如果停止工作,葉片就會受到強大風載的作用,并對風電機造成強烈沖擊,造成風電機的損壞。如果不停機,控制裝置就會發熱燒毀,導致葉片控制失靈,失去卸載功能,最終仍然使風電機遭到沖擊破壞。所以,現有控制系統是不能滿足在臺風狀態進行卸載功能的。
              
              我們要開發抗臺風風電機,首先要解決葉片的強風載問題,采用小型葉片渦輪是提高抗風強度的最有效方法,小型葉片渦輪又有獲取風能效率低的缺點,為了克服這個缺點,我們可以采用增加葉片渦輪數量的方法提高風能獲取效率,由于小葉片渦輪受風面積很小,所受風載也很小,可以保證葉片不會在臺風中損壞,風電機有幾十個小葉片渦輪,它們所受風力是分散均勻的,不會對風電機造成沖擊破壞,可以大幅提高風電機的抗風能力。我們還要解決風電機控制系統的滯后性問題,在風速和風向變化很大的情況下,任何的控制系統都是對裝置的束縛和限制,最好的辦法是順其自然,靠風力自動調整風向,這樣的調整才最準確、最及時,受到的風力也會最小。所以我們要省掉偏航裝置和變漿矩裝置,風電機靠風力完成調整風向的過程,不會存在滯后性,也不會存在故障,并使結構得到簡化,成本得到降低。
              
              (三)大規模風電機并網措施和技術
              
              大規模風電機并網至今仍是世界性難題。歐洲國家電網都是聯網的,電網中有風電、水電、火電、核電還有氣電,智能電網可以相互協調、相互補充、相互平衡,是非常強大的智能電網。但由于風電機的并網穩定性沒有保證,所以仍采用分散入網的方式,風電場規模都較小,當風速和風向變化很大時,風電機不穩定,不能滿足并網條件,此時風電機可以隨時脫網;風電機穩定后,又可以隨時入網,不會對電網造成太大的沖擊。象丹麥等國雖然風電占20~30%,但都是分散接入,并制訂風電并網導則嚴格規定了接入點的風機數量和容量,并規定接入和退出的標準,丹麥國家電網公司每天會從三個不同的氣象預報公司接收四次天氣預報,然后利用先進的軟件系統預測何時天氣預報所述的風力變化會影響到風機,以及分析這些變化對整個電力系統帶來的影響,進行快速的人工干預。但是,實際風速和預測風速完全吻合的情況很少。這種被動的、不準確的控制方式對我國肯定是不適用的,我國大型的風電場瞬間產生的沖擊電流就足以讓電網癱瘓,不可能有時間進行人工干預。所以大規模并網國外也沒有成功經驗可以借鑒,我們也不可能建成比歐洲還強大的智能電網,就是建成了也不能解決并網問題。
              
              我們通過簡單的量化計算來說明這個問題,一個千萬千瓦級風電場會有500~600臺風電機組,我們選取2.5MW風電機數據進行計算,風電機的牌子是德國Nordex公司N80,我們取較低數據,當風速5m/s,功率是120kw,當風速6m/s,功率是248kw。當風速變化為1m/s時,功率的變化是128kw,如果按100臺風電機計算,功率變化值就達12800kw,1萬千瓦的沖擊能量不知道要多強大的智能電網才能承受?而且這個計算值已經很小了,我們是按低風速,小的變化量進行計算的,實際的風速變化要大很多,而且風向的變化對風電機功率的影響比風速還要大。所以,實際使用中的沖擊能量要比這個值大很多,將是非常驚人的,我們必須認真對待。
              
              大規模風電機并網產生的大量峰值電流是影響電網安全的最大威脅,要解決大規模風電機的并網問題,必須解決風電的峰值電流對并網穩定性的影響!解決并網問題僅用智能電網的方式很難解決,風電產生的強大峰值電流要被緩沖和吸收,就必須接入一個足夠強大的負載,火電廠是一個強大的發電源,我們也可以將火電廠變成一個強大的負載,來吸收風電的沖擊電流。智能火電廠不僅能起到補充水源的作用,而且能起到水庫的作用,對洪水起到緩沖和吸收的作用。
              
              責任編輯:小柯

             

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