风电新能源发展与并网技术研究

李冬冬

（国电东北新能源发展有限公司，辽宁沈阳 110000）

我国国土面积较大，海岸线相对较长，风力资源与其他国家相比占据优势。风能是对太阳能资源的间接利用，其在开发过程中占用耕地少、污染小，但储量较大，是实行可持续发展策略的重要组成环节。近年来，人们的生活水平不断提升，也加快了风力发电的发展速度。由于风电发电驱动力应用方面存在差异性及并网运行中的可靠性影响，对并网提出了较高的要求。

1 当前风电新能源发展现状

1.1 研究现状

《中华人民共和国可再生能源法》颁布后，一系列支持可再生能源发展的政策文件不断出台，针对费用分摊、价格、财税等方面的支持政策也不断推出，有效解决了可再生能源在上网问题、费用分摊、经济激励等方面的问题，我国可再生能源规模化发展明显[1]。

现阶段，风电发展速度较快，2005～2008年风电装机容量每年上涨一倍，发展迅猛。截至2009年底，我国风电装机容量2 601 万kW，位居世界第二。2015年风电新增桩基容量达到3 297 万kW，累积并网装机容量1.29 亿kW；2015年风电发电量1 863 亿kWh。

近年来，我国风电行业始终保持高速发展，为了进一步提高风电的市场竞争力，需要积极进行创新。一方面应加大研发力度，积极将智能化技术应用于风电行业中，推进工业化与信息化的融合，积极进行全行业创新；另一方面应不断降低风电的成本，减少风电产业链种类，提高风电的市场竞争力与产品的可靠性。

风电走向国产化，在风电行业的不断发展的情况下，我风电行业的供应链已完整，应把握工业5.0、中国制造2025的机会，对系统集成、风电设备制造等方面积极进行研究。

1.2 不足

当前我国风电装机容量位居世界首位，但是当前我国风电仍存在较多的不足。虽然数量上为世界首位，但在科技创新能力上仍与发达国家存在较大差距，需要对行业进行创新性理论分析。并网型风机部分关键零件仍高度依赖进口，当前风电并网规范不健全。相关人员应积极利用互联网思维、云计算、大数据、人工智能等跨界新工具、新知识为风电行业与客户服务；分析风电行业，以行业为背景共建、共享研发成果；实现多方协调以降低能源成本，行业内部、国内国际大力合作，互利共赢，通过风电技术创新，有效降低能源成本。

2 风电新能源对并网带来的挑战

2.1 负荷

电力需求对负荷管理效果不明显，风电场输出反调峰率、峰谷差等，影响电网的正常运行。负荷水平不高时，调峰能力不足；当负荷水平较高时，风电的消纳能力大，需要花费较多财力、精力，为了维持电网稳定运行，将放弃建设风电场。

2.2 电网架构

风电场避免选择建立在市中心等位置，单个风电厂的容量通常在50 MW以上，经过远距离输电通道，可将电能传递给高电压等级的变电站，高电压等级的跨区、跨省输电通道主要用于输送煤电，未充分发挥电网架构能力，造成地区电网风电接纳能力不足[2]。

2.3 风电场

风力发电具有风速、风力不稳等特点，导致风电场的输出具有随机性，接入风电时，会影响电网电压。风电的并网容量不高时，通过风速预测技术、电网调度，可控制风电并网对电压造成的影响；风电并网容量较大时，风电场输出随机性的特点会影响电网运行，此时为了保证电网的稳定性，调度部门会关闭风电场。

2.4 其他

当前风电行业发展迅速，风电装机并网容量迅速增加，接近甚至超过地区电网消纳极限，影响电网电压。促进风电发展前，需要先对这些问题进行针对性研究，确保充分利用风电资源。

3 控制风电接入对电网电压影响的对策

3.1 合理确定风电机组类型

当前风电制造企业的风电发展路线包括直驱型风机、双馈型风机。

（1）前者控制简单，但其要求较高；后者控制较为复杂，但灵活度较高。

（2）前者无齿轮箱；后者具有齿轮箱，但整体维护成本较高。

（3）前者的噪声较小；后者噪声较大。

（4）前者为永磁；后者为电励磁。

（5）前者为全功率；后者为全功率的33%。

（6）前者切入风速低；后者切入风速高。

（7）前者造价高；后者造价低。

（8）前者尺寸大；后者尺寸小。

（9）前者重量重；后者重量轻。

（10）前者电流、扭矩均不变；后者电机侧电流上升，扭矩增加。

长期以来，双馈型由于技术稳定的特点，受到市场的认可，随着直驱型技术的不断进步，当前直驱型风机应用更广泛。

风电场选定电机时，需要考虑众多因素，如安装、交通、地形、水文气象、风资源等，选择质量稳定、发电效率高的风电机组具有现实意义。当前我国风电制造厂家具有技术成熟、信誉好、实力强等特点，其设备可利用率、风机可靠性上均可得到保障，选择风电机组类型时，可结合当地的风资源，充分利用风能。

风电场开发后需要较长时间，方可体现其效益，多种因素均会影响项目的收益。考虑收益时，应从原本的仅关注初期成本变为关注生命周期的平均成本，不断降低维护成本，延长生命收起，提高发电量。本地的风速水平较低、其他条件均一致时，风速转化率越高，切入风速越低，发电总量便越高，选择直驱型风电机组的优势更明显。直驱型风电机组的维护成本较低，不会对电网带来过大的冲击，当建设资金支持时，应选择直驱型风电机组。

3.2 确定风电最大并网容量

电网的调节能力有限，是风电并网影响电网电压的重要原因，结合电网的调节性能，对风电最大并网容量进行计算，合理控制电网受到风电场的影响。进行风电同时率的计算时，需要考虑风机安装规律、风力资源平均度等特点，明确不同风机的性能，风机处理时应始终保持出力稳定、满荷处理，且应考虑风电场输出的随机性、不确定性。

风电并网的接纳容量受风电场同时率、联络线输送功率、负荷特性、系统备用容量、电网结构特性、风电装机容量等因素的影响。为了确保电网安全运行，风电场的输出功率过高超出电网调节容量时，可采用暂时关闭部分风电机组的措施限制风电部分的功率。

3.3 提高地区电网的消纳能力

（1）制定发电计划。

风电场可考虑制定发电计划，对常规电机组的出力情况进行合理安排，提高电网的风电接入能力。

（2）调整负荷特性。

可从调整负荷的峰谷差方面提高电网接入能力，调整负荷特性方式，提升系统调峰冗余度。可在不同用电期制定不同的价格，对用户的需求进行管理，调节用户用电时间，减轻电网的压力。

（3）改善电源结构。

电网装机容量过多，超出地区电网接纳风电容量时，考虑系统调峰的需求会选择放弃风电。为了提高地区电网的风电消纳能力，可建设相应容量的调峰点源，对风电场的出力波动进行调节。可通过特高压电网大范围调用能量，利用省内其他地区的调峰能源，降低风电并网带来的影响。

3.4 建设储能系统

储能电站的建设可平衡电网的供需，提高电网需求侧峰谷时的调节能力，增强电网稳定性、输变电能力，满足风电等可再生但供应不稳定能源的并网需求。储能系统可提高电能供应低谷值、降低电能需求峰值。工作人员应注意，电能无法直接存储，需要将其转化为电磁能、化学能的形式进行存储[3]。

（1）物理储能。

①压缩空气。典型功率为50～300 MW，其功率与容量均较大，但对场地具有特殊要求，主要应用于系统备用电源、调峰发电厂。②抽水蓄能。典型功率为50～2 000 MW，其功率与容量均较大，成本较低，但对场地具有特殊要求，需要经过较长时间的施工，主要应用于系统备用电源、频率控制、日负荷调节。③飞轮储能。典型功率为20 MW，其功率较大，但能量密度不高，主要应用于新能源发电并网的调节，改善电能质量。

（2）电磁储能。

①超级电容器。典型功率为1～100 MW，其具有效率高、寿命长、响应速度等特点，但能量密度低，主要应用于新能源发电，改善电网频率波动。②超导储能。典型功率为0.1～1 MW，其具有转化效率高、响应速度快、功率密度高等特点，但成本高，主要应用于电网稳定性、电能质量调节、UPS。

（3）电化学储能。

①锂离子电池。典型功率为0.1～10 MW，其能量密度高，循环使用周期长，但成本高、功率密度低，主要应用于新能源发电、调峰、备用电源。②液流电池。典型功率为0.001～500 MW，具有寿命长、容量大等特征，但功率密度低、响应速度慢，主要应用于新能源发电、备用电源调节，改善电网电能质量。③铅酸电池。典型功率0.001～10 MW，其具有成本低等特征，但使用周期短、环保性差，主要应用于新能源发电、UPS。

4 结语

面对当前能源紧缺、环境污染严重的局面，风电建设步伐逐渐加快，电网中风电场容量比例越来越大，影响电网的稳定运行。为了研究风电并网新技术，应合理控制风电并网带来的不稳定因素，开展大容量风电系统的相关研究，创新并网技术、最大风能捕获技术。发展海上风电场技术可解决风电发展过程中遇到的问题，可推动风电产业可持续发展。