风电新能源及其并网技术的发展现状探究

2020-06-03马春兰

湖南水利水电 2020年2期

马春兰

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

为进一步响应国家可持续发展的号召，提倡低碳生活，大力发展风电资源是我国可持续发展道路上的重点之一，众所周知，煤炭资源属于不可再生资源，生成周期非常长，甚至需要上千年的生成周期。因此，风电新能源的开发与利用成为我国资源可持续发展的重要选择之一[1]。风能是一种洁净能源，可以说是取之不竭、用之不尽，我国沿海地区、草原地区、山区以及高原地区等严重缺乏煤炭资源和水资源，但是这些地区的风能资源丰富，依据不同地区的优势资源来带动当地的发展, 已经成为是我国可持续发展战略的重要组成部分之一。

1 风电新能源的发展现状

我国风电能源起步比较晚，在20 世纪80 年代的中期，风电新能源才开始步入商业化运营阶段。与国外风电能源发展相比尚有较大差距，但是在国家政策的鼓励下，我国风电事业获得突飞猛进的发展，收获颇丰。在初步商业运营阶段，2005～2008 年间，我国风电装机容量从开始的126 kW 提高到1 221 万kW，保持每年翻一番的增长速度向前发展，居世界风电发展平均速度首位。据有关统计数据显示到2009 年年末，我国风电总装机的容量高达2 601 万kW，排名世界第二，2009 年全年新增装机容量为1 300 万kW，占据全球全年装机容量的30%还要多，排名全球第一[2]。诸多数据充分证明我国风电新能源正逐步走向一个快速发展的阶段。在风电新能源技术运用上，经历了从进口技术到消化技术，再到后来的自主创新，根据本国风电实际情况，风电新能源事业蒸蒸日上。风电机组兆瓦级别的普遍安装与使用，充分证明了我国自主研发的成果。随着陆地风电研究的日趋成熟，在此基础上我国开始着手海上风电机组的积极探索与实践，2008～2015 年间，我国不仅克服了海上风电新能源发展的重重障碍，并成功在海上安装了发电机组。2016 年全年，共计在海上新增装机154 台，机组容量到达59 万kW。

我国成为全世界最大的风电装机发电市场，2018年我国新增装机容量高达21 143 MW，累计2018 年年底风电装机容量高达209 533 MW，我国风电累计装机容量在全球占比从2000 年的2.0%增加到2018 年的35.4%。2018 年我国不同地区风电新增装机容量以及占比请见表1。

表1 2018 年我国不同地区风电新增装机容量以及占比统计

2 我国风电新能源发展中存在的问题

1）风能的稳定性不高。因为风能属于一种过程性能源，风向、风力以及风速受多种因素的制约与影响，本身具有随机性与不稳定性，很难掌控[3]。因为对风资源很难进行掌控，所以导致风电机组所产生的电能波动范围大，随机变化程度较大。

2）风能的存储难度大。蓄电成本与发电成本存在很大差异，相比而言蓄电成本要高出很多，因此在风能发电机组中几乎没有蓄电能力，通常都是以输出电量作为根本来对收纳的电量进行合理调节。

3）风电场的分布位置不均。依据我国地形地貌进行整体分析，我国风能资源较为丰富的地区与负荷中心二者之间的距离相差比较远，电网基本设施架构也较为薄弱，这是影响当地电网输电能力最直接、最明显的因素，在开发大规模风电能源的时候，需要建设与之相配套风电运输工程之后，才能进一步对电网的建设实施强化措施。

3 对风电并网性能进行完善的措施

1）电力项目工程管理进一步完善。风力发电工程的建设要求很高，需要工作人员严格依照工程建设的要求进行施工建设，深入调查并分析发电工程项目建设的进程以及当地的实际情况，在建设施工过程中，对新产生的问题进行分析，找出问题发生的根源，讨论合理的解决方案，保证风电能源工程在建设过程中安全、有效施工，保证工程建造的质量，保证投入生产使用后能够为社会带来更多经济效益[4]。

2）优化风电工程建设布局结构。为了进一步有效推进我国风能发电网建设与发展，根据我国不同地区的实际情况，在风电并网技术推行以及风电网建设过程中推行“闭环结构开环运行”的方式，通过此种运行方式可以有效保证电网运行的稳定性。其根本原因在于电网网络建设过程中，电网网络主要表现为一种环形的状态，一旦发生线路方面的故障，就会转变为一种辐射形态。因此，如果是线路出现故障，需要及时联系有关工作人员合理运用开关，将电能运输通过其他线路进行传输，保证电力系统的正常运行，保证电力用户不受影响，最大限度地避免电能损耗，保证电力设备与发电机组的安全、稳定和高效运行。

3）降低功率耗损以及电网压力。电网功率通常划分为两种：有功率消耗；无功率消耗。随着风电发电网在功率损耗方面的研究不断深入，通过功率计算的方式，能够及时有效发现电力线路中隐藏的故障以及潜在的安全隐患，在进一步降低风电网功率损耗的同时，还能够降低用电负荷，保证电力设备的使用寿命。所以，要想更好地对风电网的有效功率进行计算，需要选择合理的导线路径，在传输量最大的基础上降低电阻的压力值，最大范围内降低以及减少有效功率的损耗，保证有效功率传输的高效性。对产生的无效功率，要依据风力发电场的实际情况，有选择地选用专业变压器来负责电场的供电以及发电，针对性地进行无功补偿。在我国当前风电新能源的发展现状及其并网技术的发展现状来讲，整合风力电网资源，开展无功补偿，采用并联电容器、同步调相机以及静止无功电力补偿器三种电力损耗无功补偿的方式。充分结合电网的基本特点以及电网建设的基本需求，针对性选择可以最大限度降到风力电网运行负荷的建设方案，有效降低功率损耗，创造更多的经济价值与社会效益。

4 风电并网技术发展趋势

1）对大容量风电系统的研发。当前，我国在大容量风电系统研发方面的力度有待加强，随着我国风电能源的进一步开发与利用，风电机组单机装机容量的飞速发展，有关风电部件以及控制子系统的研究与设计难度进一步提高，所以当务之急是研发一整套大容量、高性能以及能够稳定风力的发电机组。如何将这一难题成功攻克，研发出适合当下使用以及未来可预测使用状态下的风电控制，设计是我国风电领域所面临的重要技术性难题。所以，大容量风电系统的研发与生产是我国风电系统未来重要的发展方向之一。

2）针对并网技术以及最大风能捕获技术方面的研究。风电场受风力以及风机控制系统的影响非常大，其发出的力道常常是不均衡的，对电网的安全造成不同程度的影响，所以，为了能够进一步提高风电系统的稳定性、可靠性以及系统应对故障的能力，以此来实现风电场联网对电网的一种支持，需要有关研究人员对并网技术开展深入研究与分析。同时，风能的密度比较小，如何能够捕获更大的风能是未来风电并网技术的重要研究方向之一。就目前而言，对风能最好的捕获方法就是调节叶片的直径以及发电机的机组功率转速。从风电电网运行的经济价值、社会价值以及可行性来讲，风电系统并网技术以及最大限度的捕获风能是未来风电发展的首要任务之一。