海上風(fēng)電的并網(wǎng)和消納
風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的電能輸送上岸后,距離我們的現(xiàn)實(shí)生活還有一步之遙,那就是不得不面對(duì)的風(fēng)電并網(wǎng)問題,即如何才能匯入可供我們直接使用...
風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的電能輸送上岸后,距離我們的現(xiàn)實(shí)生活還有一步之遙,那就是不得不面對(duì)的“風(fēng)電并網(wǎng)”問題,即如何才能匯入可供我們直接使用的電網(wǎng)中。
廣義上講,“風(fēng)電并網(wǎng)”中的“網(wǎng)”指的是包含發(fā)電、變電、傳輸?shù)恼麄€(gè)電力系統(tǒng)。
接入電網(wǎng)要安全可控
作為一種清潔的可再生能源,風(fēng)力發(fā)電優(yōu)點(diǎn)眾多,可是在實(shí)際應(yīng)用中并非一帆風(fēng)順。由于風(fēng)能、太陽能等新能源的波動(dòng)性和預(yù)測(cè)的不確定性,占比越來越高的新能源接入電網(wǎng)后,將存在一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。這也是全球新能源產(chǎn)業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)。
由于電網(wǎng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)一些意外的事故,會(huì)造成短時(shí)(100~200毫秒)的參數(shù)波動(dòng)。面對(duì)這種小波動(dòng),風(fēng)力機(jī)需要具備一定的抗干擾能力,才能繼續(xù)保持穩(wěn)定供電。然而在我國的風(fēng)力發(fā)電歷史上,在2008—2011年曾經(jīng)發(fā)生過一些大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故。經(jīng)過對(duì)事故的分析調(diào)查,發(fā)現(xiàn)主要原因是風(fēng)力機(jī)的低電壓穿越能力不合格。
低電壓穿越是風(fēng)電并網(wǎng)中最難以實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù),早期的新能源發(fā)電設(shè)備大多數(shù)都過不了這一關(guān)。以前我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝機(jī)量少,即使偶爾有幾臺(tái)風(fēng)力機(jī)脫網(wǎng)也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成多大的影響,并未引起重視。然而,在短短幾年中,我國的風(fēng)電事業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛,裝機(jī)量越來越多,發(fā)電量開始在電網(wǎng)中占有一定的比例了,可是這種能力卻沒有及時(shí)跟上。一旦大規(guī)模脫網(wǎng),就會(huì)造成嚴(yán)重的后果。這好比十個(gè)人一起抬一根木頭,若中途有一個(gè)人撒手,其余的人還能扛過去。如果有五個(gè)人同時(shí)撒手,剩下的人就都抬不動(dòng)了。
為此,國家能源局、國家電力監(jiān)管委員會(huì)分別制定了多種防范措施,于2011年6月發(fā)文要求之前建造的不具備低電壓穿越能力的風(fēng)電場(chǎng)必須在一年之內(nèi)完成改造,使其符合安全并網(wǎng)運(yùn)行的要求,并取得檢測(cè)認(rèn)可。新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須具有低電壓穿越能力的檢測(cè)認(rèn)可,才允許安裝。
高效消納風(fēng)力發(fā)電
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近年來,風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)量屢創(chuàng)新高。如何更高效地消納風(fēng)電,成為風(fēng)電業(yè)界關(guān)心的焦點(diǎn)。
風(fēng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率作出短期至中長(zhǎng)期的預(yù)報(bào),為電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度提供依據(jù)
以前,人們對(duì)風(fēng)電的利用充滿了隨機(jī)性,完全處于“等風(fēng)來”的狀態(tài),非常被動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電自身的波動(dòng)性和不確定性會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利的影響,而風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)正是解決這一挑戰(zhàn)的有效工具。風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)是根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)、氣象參數(shù)以及數(shù)值天氣預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù),建立數(shù)學(xué)模型,對(duì)單個(gè)場(chǎng)站或區(qū)域場(chǎng)群于未來一段時(shí)間的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)的技術(shù)。它將未來的風(fēng)電出力在一定程度上量化,為“實(shí)時(shí)平衡”提供決策依據(jù),有效支撐電網(wǎng)的調(diào)度。
中國電力科學(xué)院建立了國內(nèi)首個(gè)面向電力生產(chǎn)運(yùn)行的電力氣象預(yù)報(bào)與發(fā)布中心,與氣象領(lǐng)域的國際機(jī)構(gòu)建立了長(zhǎng)期的合作關(guān)系,針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域地形和氣候特征,定制了高精度的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。目前,風(fēng)電工程師研發(fā)了次日0~72小時(shí)內(nèi)的中長(zhǎng)期風(fēng)功率預(yù)測(cè),和0~4小時(shí)的超短期功率預(yù)測(cè)系統(tǒng),分辨率為15分鐘。風(fēng)電并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了初步的可預(yù)報(bào)、可調(diào)控,能為電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度提供依據(jù)。
儲(chǔ)能技術(shù)有待開發(fā)
盡管目前還沒有一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來儲(chǔ)存電能,但是為了擴(kuò)大新能源的使用范圍,世界各國都在積極探索更好的儲(chǔ)能技術(shù)。假如風(fēng)電場(chǎng)之外的電網(wǎng)發(fā)生故障,儲(chǔ)能技術(shù)可以在最短的時(shí)間內(nèi)提供電壓的支撐,從而有效地保證電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。
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如果風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源不直接接入電網(wǎng),而是間接接入儲(chǔ)存能量的設(shè)施中,就不用考慮與用電負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡的調(diào)度問題了。當(dāng)需要能量的時(shí)候,便能由儲(chǔ)能設(shè)備立刻輸出能量。在近些年的技術(shù)發(fā)展中,儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展也越來越快,逐漸發(fā)展出幾條主要的儲(chǔ)能路線:超級(jí)電容器儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能、壓縮二氧化碳儲(chǔ)能、氫燃料罐電池儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能等技術(shù)。以上每種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)各不相同,目前還處于積極地探索之中。
廣義上講,“風(fēng)電并網(wǎng)”中的“網(wǎng)”指的是包含發(fā)電、變電、傳輸?shù)恼麄€(gè)電力系統(tǒng)。
接入電網(wǎng)要安全可控
作為一種清潔的可再生能源,風(fēng)力發(fā)電優(yōu)點(diǎn)眾多,可是在實(shí)際應(yīng)用中并非一帆風(fēng)順。由于風(fēng)能、太陽能等新能源的波動(dòng)性和預(yù)測(cè)的不確定性,占比越來越高的新能源接入電網(wǎng)后,將存在一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。這也是全球新能源產(chǎn)業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)。
由于電網(wǎng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)一些意外的事故,會(huì)造成短時(shí)(100~200毫秒)的參數(shù)波動(dòng)。面對(duì)這種小波動(dòng),風(fēng)力機(jī)需要具備一定的抗干擾能力,才能繼續(xù)保持穩(wěn)定供電。然而在我國的風(fēng)力發(fā)電歷史上,在2008—2011年曾經(jīng)發(fā)生過一些大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故。經(jīng)過對(duì)事故的分析調(diào)查,發(fā)現(xiàn)主要原因是風(fēng)力機(jī)的低電壓穿越能力不合格。
低電壓穿越是風(fēng)電并網(wǎng)中最難以實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù),早期的新能源發(fā)電設(shè)備大多數(shù)都過不了這一關(guān)。以前我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝機(jī)量少,即使偶爾有幾臺(tái)風(fēng)力機(jī)脫網(wǎng)也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成多大的影響,并未引起重視。然而,在短短幾年中,我國的風(fēng)電事業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛,裝機(jī)量越來越多,發(fā)電量開始在電網(wǎng)中占有一定的比例了,可是這種能力卻沒有及時(shí)跟上。一旦大規(guī)模脫網(wǎng),就會(huì)造成嚴(yán)重的后果。這好比十個(gè)人一起抬一根木頭,若中途有一個(gè)人撒手,其余的人還能扛過去。如果有五個(gè)人同時(shí)撒手,剩下的人就都抬不動(dòng)了。
為此,國家能源局、國家電力監(jiān)管委員會(huì)分別制定了多種防范措施,于2011年6月發(fā)文要求之前建造的不具備低電壓穿越能力的風(fēng)電場(chǎng)必須在一年之內(nèi)完成改造,使其符合安全并網(wǎng)運(yùn)行的要求,并取得檢測(cè)認(rèn)可。新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須具有低電壓穿越能力的檢測(cè)認(rèn)可,才允許安裝。
高效消納風(fēng)力發(fā)電
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近年來,風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)量屢創(chuàng)新高。如何更高效地消納風(fēng)電,成為風(fēng)電業(yè)界關(guān)心的焦點(diǎn)。
風(fēng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率作出短期至中長(zhǎng)期的預(yù)報(bào),為電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度提供依據(jù)
以前,人們對(duì)風(fēng)電的利用充滿了隨機(jī)性,完全處于“等風(fēng)來”的狀態(tài),非常被動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電自身的波動(dòng)性和不確定性會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利的影響,而風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)正是解決這一挑戰(zhàn)的有效工具。風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)是根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)、氣象參數(shù)以及數(shù)值天氣預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù),建立數(shù)學(xué)模型,對(duì)單個(gè)場(chǎng)站或區(qū)域場(chǎng)群于未來一段時(shí)間的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)的技術(shù)。它將未來的風(fēng)電出力在一定程度上量化,為“實(shí)時(shí)平衡”提供決策依據(jù),有效支撐電網(wǎng)的調(diào)度。
中國電力科學(xué)院建立了國內(nèi)首個(gè)面向電力生產(chǎn)運(yùn)行的電力氣象預(yù)報(bào)與發(fā)布中心,與氣象領(lǐng)域的國際機(jī)構(gòu)建立了長(zhǎng)期的合作關(guān)系,針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域地形和氣候特征,定制了高精度的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。目前,風(fēng)電工程師研發(fā)了次日0~72小時(shí)內(nèi)的中長(zhǎng)期風(fēng)功率預(yù)測(cè),和0~4小時(shí)的超短期功率預(yù)測(cè)系統(tǒng),分辨率為15分鐘。風(fēng)電并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了初步的可預(yù)報(bào)、可調(diào)控,能為電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度提供依據(jù)。
儲(chǔ)能技術(shù)有待開發(fā)
盡管目前還沒有一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來儲(chǔ)存電能,但是為了擴(kuò)大新能源的使用范圍,世界各國都在積極探索更好的儲(chǔ)能技術(shù)。假如風(fēng)電場(chǎng)之外的電網(wǎng)發(fā)生故障,儲(chǔ)能技術(shù)可以在最短的時(shí)間內(nèi)提供電壓的支撐,從而有效地保證電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。
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如果風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源不直接接入電網(wǎng),而是間接接入儲(chǔ)存能量的設(shè)施中,就不用考慮與用電負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡的調(diào)度問題了。當(dāng)需要能量的時(shí)候,便能由儲(chǔ)能設(shè)備立刻輸出能量。在近些年的技術(shù)發(fā)展中,儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展也越來越快,逐漸發(fā)展出幾條主要的儲(chǔ)能路線:超級(jí)電容器儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能、壓縮二氧化碳儲(chǔ)能、氫燃料罐電池儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能等技術(shù)。以上每種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)各不相同,目前還處于積極地探索之中。
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