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(wèn)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(yáng)能等新能源的波動(dòng)性和預(yù)測(cè)的不確定性，占比越來(lái)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(guó)的風(fēng)力發(fā)電歷史上，在2008—2011年曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一些大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故。經(jīng)過(guò)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(guò)不了這一關(guān)。以前我國(guó)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(guó)的風(fēng)電事業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，裝機(jī)量越來(lái)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(guò)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(guó)家能源局、國(guó)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(lái)，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(lái)”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(lái)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(lái)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(lái)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(guó)電力科學(xué)院建立了國(guó)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(guó)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(lái)儲(chǔ)存電能，但是為了擴(kuò)大新能源的使用范圍，世界各國(guó)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(yáng)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(wèn)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(lái)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。