风电新能源的发展现状及其并网技术的发展前景研究
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作者:邹璐
摘 要：风力发电以其资源丰富、成本低廉、开发方便、节能环保的优势成为可再生能源中发展最快的清洁能源，被世界各国大规模开发和应用，其发展前景十分广阔。文章首先对我国当前风力发电技术的现状进行了简要概括;其次，阐述了风电新能源的特点以及风电并网对传统电网的影响;最后，探讨了风电并网发电技术的发展趋势，希望能够推动风力发电技术的创新发展和应用。
关键词：风电;新能源;并网技术
当今人类生存和发展急需解决的是能源和环境问题。进入21世纪以来，世界各国为了保证各自的能源安全并应对气候变化，纷纷调整能源战略，加大可再生能源的开发和建设力度，尤其是风能的开发和利用。风力发电作为一种可再生的绿色能源，以其无污染、储量丰富、成本低廉、使用前景广阔的优势倍受世界各国的重视。我国由于海域面积辽阔，风能储量很大且分布较广，开发潜力很大。近年来，在能源和环境危机日趋紧迫的情况下，我国政府实施了一系列新的能源战略，对能源结构进行了调整，风电产业及技术水平得到了飞速发展，但在风电并网技术方面还存在一些问题，总结并分析如何解决这些问题，对深入推进风电产业的健康、可持续发展意义非凡。
1 我国风力发电技术现状
我国的风力发电起步较晚，20世纪80年代中期风力发电开始进入商业化运营阶段。虽然较之国外尚存在一定差距，但在国家利好政策的支持和推动下，风力发电事业得到了迅猛发展。从2005—2008年的4年时间里，全国风电装机容量由126 kW增长到1 221万kW，以每年一翻的惊人速度发展着，远远领先于世界风电发展的平均速度。2009年年底，我国以风电总装机容量2 601万kW的数据位居世界第二，其中新增装机容量为1 300万kW，占世界新增装机容量的30%以上，居于世界首位。这一数据充分证明我国风电产业正在步入一个飞速发展的阶段，同时，在技术上，经历了从引进技术到消化吸收，再到自主创新，一系列改变之后正日益发展壮大起来。兆瓦级机组在国内风电市场的大量普及，标志着我国对风电技术自主研发能力的提升。此外，我国对海上风电也进行了积极的探索和实践，从2008—2015年的7年时间里，海上风电的装机容量有了大幅度的增长。2016年，仅海上风电新增装机就有154台，容量高达59万kW，同比增长50%之多。由此看来，我国的风电产业发展是非常迅速的，潜力十分巨大。但是，我国的风电技术还存在很大的不足，主要体现在：并網型风机以进口为主，风电在整个电网中的占比相对较小，一些关键零部件还是靠进口，没有制定健全的风电并网规范，不能保证风电并网的稳定运行。未来我国风电技术发展任重而道远，必须在高层技术方面寻求创新和突破，才能继续保持高速发展。
2 风电新能源的特点
风力发电是在风力发电机及其控制系统的作用下，将风能产生的机械能在完成一系列控制操作后转化为电能的过程。风能发电的特点在于风能是可再生的，发电过程中不会释放废气造成污染，具有节能环保且造价低的优点，但也存在一些不易控制的因素[1]，具体如下。
2.1 风能具有不稳定性
风能是一种间断性能源，风速和风向随季节和气候的变化而发生变化，致使风能具有随机性和间歇性，这些不稳定的特点决定了风力发电机很难调控出力大小的均匀度，因此，风电机组发出的电能也是波动的、随时变化的。
2.2 风能的密度稀疏，风能发电不方便大量储存
风力发电机的风轮尺寸只有做到足够大，才可以取得与其他发电设备相同的发电容量。
风力发电系统储存电能的成本很高，远大于其发电的成本，因此，整个风电系统中几乎没有蓄电的能力，一般是通过调节收纳电量来完成输电，所以风能发电输出电量的大小是不均衡的，对并网的技术提出巨大挑战。
2.3 风电场分布位置偏远
我国风资源丰富的区域一般在沿海地区，居住人口稀少，距离用电负荷中心较远，加之当地电网架设结构薄弱，风电外送受到一定制约，急需加强电网建设，这使国家的电网建设及传输都面临考验。
此外，风能的不可控性导致风能发电的电网具有不可调度性，这些不稳定因素造成的结果就是：风电场容量在整个电力系统中的占比是引起电网稳定性的决定因素，即占比越大，电网稳定性越差。
3 风电并网主要存在的问题
为应对当前的环境问题以及改善能源紧张状况，发展风力发电成为我国能源战略的重要组成部分。大基地大电网的风力发电开发模式正在被积极推进，我国开始规划筹建千万级的风电基地，但大规模的风电并网却给既有的电网带来了不小的压力。
3.1 风电并网会影响到电网的电力平衡
风力发电是一种新的发电方式，风能具有的不稳定性会导致风电出力不均衡，风力发电输出功率不稳定，特别是在高峰负荷时期，风电场可能出力很小，非高峰负荷期又可能出力很大，引起电力峰值不稳定，进而导致电网运行过程中消耗的能量增加，对整个电力系统的平衡运行造成一定影响。
3.2 风力发电并网对既有电网的峰值和频率的改变范围带来一定影响
风电并网增加了电网调峰和调频的难度。首先，风电并网后电网必须提供给风力发电足够的峰值调整能力，保证电网内部的峰值和频率处在一定的范围之内，但是风能大小的不可控性导致风力发电的功率输出变化幅度很大，给电网的稳定运行带来一定的困难。其次，在进行风力发电的过程中，风电的间歇性和随机性导致风力发电的数值不够稳定，传统的发电网络必须充分地保证能够满足风力发电的实际需要，这就给电网调频增加了负担。
3.3 风电并网对电网稳定性会产生影响
首先，风电的不稳定性和不规律性导致在风电并网过程中，难以有效地对风电进行管理。其次，风电的随机性导致当其并入整个电网系统后会引起电网局部流量分布的随机变化，使得线路传输的功率随之变化，导致电网状态发生随机变化。因此，当风力发电并网后，电网输出功率的稳定性受到影响。再次，风速的不可控变化给电网带来了随机的扰动故障，风电并网后风电的无功功率降低了电网电压的稳定性。最后，由于风电的不易控制性，在风电并网之后，随着风电比例的扩大，电网系统频率以及系统故障范围将会扩大，进而导致风力发电技术的应用稳定性下降[2]。 此外，风机抗干扰能力较差，也是影响电网安全运行的因素之一。
4 风电并网技术的发展趋势
4.1 对大容量风电系统的研发
目前，我国缺乏对大容量风电系统的研发。随着国家对风电能源的大规模开发，风电机组单机装机容量不断增大，在此要求下，相关部件和控制子系统的设计难度也越来越大，研发大容量、高性能和可靠稳定的风力发电机成为当务之急。如何突破这一瓶颈，研发出新的控制、设计技术是目前世界风力发电领域面临的技术难题，因此，大容量风电系统的研发是未来风电系统的重要发展方向。
4.2 对并网技术和最大风能捕获技术的研究
风电场受风力和风机控制系统影响很大，其出力往往不太均衡，会严重影响电网安全，因此，为了提高风电系统的可靠性和系统应对故障能力，以实现风电场联网对电网的友好支持，需要对并网技术进行深入研究。此外，风能的密度较小，如何捕获最大的风能也是未来研究的方向。目前，对风能进行最优捕获的方法就是通过调节桨距和发电机组功率转速。从电网运行的经济性、可靠性和可行性等方面考虑，对风电系统的并网技术和最大风能捕获技术的创新研发是当前及未来发展风电的首要任务。
4.3 对海上风电场技术研究
我国海域面积辽阔，海上风力资源丰富，风向稳定，易安装单机装机容量较大的风力发电机，海上风电场发电未来有很大的发展空间。但是，由于海上风力的不稳定性以及沿海与负荷中心的距离较远问题，对风电系统的可靠性设计、海上风电场电能输送技术以及风电场系统保护和维保技术、风电场的协调控制技术都提出了更高的要求。因此，对海上风电场技术的研究是风电并网亟待解决的重要问题[3]。
5 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，电网中风电场容量的比例将会越来越大，这将会给电网的稳定运行带来很大的影响。因此，研究风电并网新技术，合理控制风电并網带来的一系列不稳定因素是当前及未来面临的主要问题。开展大容量风电系统研究，创新并网技术和最大风能捕获技术，以及发展海上风电场技术可以很好地解决风电发展瓶颈，对于推动风电产业可持续发展、适应国家能源结构调整需求具有重要意义。
[参考文献]
[1]胡冰.并网型风力发电技术的现状及发展趋势探讨[J].科技创业家，2014（3）：137.
[2]张全成，张永明，林钧斌，等.风电新能源发展与并网技术分析评价[J].上海节能，2011（3）：19-23.
[3]梁亮.风电并网技术发展存在的问题及发展趋势[J].科技与企业，2015（7）：95.
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