分散式風力發電特指採用風力發電機作為分散式電源,將風能轉換為電能的分散式發電系統,發電功率在幾千瓦至數百兆瓦(也有的建議限制在30~50兆瓦以下)的小型模組化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發電模式。它是一種新型的、具有廣闊發展前景的發電和能源綜合利用方式。
風力發電技術是將風能轉化為電能的發電技術,可分為獨立與併網運行兩類,前者為微型或小型風力發電機組,容量為100W~10kW,後者的容量通常超過150kW。風力發電技術進步很快,單機容量在2MW以下的技術已很成熟。 隨著全球能源緊張進一步加劇,可再生能源越來越受到人們的廣泛關注。作為重要的可再生能源,風電資源得到了進一步的開發利用。風力發電技術發展到今天已經相對成熟,其套用前景在全球能源枯竭的背景下也越來越光明。風電資源清潔無污染、安全可控,是一種優質的可再生新能源,分散式發電技術在我國已經得到廣泛的套用。
基本介紹
套用方案
套用場景
解決方案
方案特點
2、分散式風力發電系統中各電站相互獨立,用戶由於可以自行控制,不會發生大規模停電事故,所以安全可靠性比較高。
3、分散式風力發電可以彌補大電網安全穩定性的不足,在意外災害發生時繼續供電,已成為集中供電方式不可缺少的重要補充。
4、可對區域電力的質量和性能進行實時監控,非常適合向農村、牧區、山區,發展中的中、小城市或商業區的居民供電,可大大減小環保壓力。
5、輸配電損耗很低,甚至沒有,無需建配電站,可降低或避免附加的輸配電成本,同時土建和安裝成本低。
6、可以滿足特殊場合的需求,如用於重要集會或慶典的(處於熱備用狀態的)移動分散式發電車。
7、調峰性能好,操作簡單,由於參與運行的系統少,啟停快速,便於實現全自動。
原理
技術種類
1、恆速恆頻技術
當風力發電機與電網並聯運行時,要求風力發電機的頻率與電網頻率保持一致,即恆頻。恆速恆頻指在風力發電過程中,保持發電機的轉速不變,從而得到恆定的頻率。採用的恆速恆頻發電機存在風能利用率低、需要無功補償裝置、輸出功率不可控、葉片特性要求高等不足,成為制約併網風電場容量和規模的嚴重障礙。
2、變速恆頻技術
變速恆頻是指在風力發電過程中發電機的轉速可隨風速變化,通過其他控制方式來得到恆定的頻率。
變速恆頻發電是2O世紀70年代中後期逐漸發展起來的一種新型風力發電技術,通過調節發電機轉子電流的大小、頻率和相位,或變槳距控制,實現轉速的調節,可在很寬的風速範圍內保持近乎恆定的最佳葉尖速比,進而實現追求風能最大轉換效率;同時又可以採用一定的控制策略靈活調節系統的有功、無功功率,抑制諧波、減少損耗、提高系統效率,因此可以大大提高風電場併網的穩定性。儘管變速系統與恆速系統相比,風電轉換裝置中的電力電子部分比較複雜和昂貴,但成本在大型風力發電機組中所占比例並不大,因而發展變速恆頻技術將是今後風力發電的必然趨勢。
實際運用
從風能資源的地域分布上看,越是位置偏遠、人煙稀少的地方風能資源就越豐富,而這些地方無論是交通成本還是常規電網供電成本都相當的高,由於人口稀少,用電負荷普遍不高,在這些地區周邊發展風力發電,能夠充分利用好豐富的風能資源,除供應周邊居民用電外,還可以接入大電網支持周邊城市的電網供應。
風機套用
影響
分散式發電的引入使得配電網的結構發生根本性變化,主要表現在分散式發電的引入使傳統的配電網路規劃、運行(如無功補償 、電壓控制等)發生徹底改變,配電網自動化和需求側管理的內容也需要重新加以考慮,分散式電源之間的控制和調度必須加以協調。
配電網規劃是動態規劃問題,其動態屬性同其維數密切相關,配電網本身節點數非常多 ,系統增加大量分散式發電機節點使得在所有可能網路結構中尋找最優網路布置方案更加困難。因此,系統運行規劃者必須準確評估這些影響,尋求精確的負荷預測和合適的最佳化方法,並給出 DG最優位置和容量以保證含 DG的配電系統運行安全性和經濟性。
2、 分散式風力發電對電網調度的影響
中國地區電網的電源接入的網架有限,大量分散式電源接入配電網將給電網的電源平衡帶來難度。一般地區電網的負荷主要為民用負荷,因此負荷的峰谷差較大,風力發電的隨機性、反調峰性給電網的調峰以及常規火電機組的開機方式安排增加了難度,必須做到儘可能多地接納風電電力,同時保證火電機組運行的經濟性。
3、分散式風力發電對繼電保護的影響
大多數配電系統其結構呈放射狀,採用這種結構的主要目的是為了運行的簡易性和線路過電流保護的經濟性,當配電網中接人了分散式電源之後,放射狀網路將變成遍布電源和用戶的網際網路,潮流在變電站母線與負荷點間不定向流動,這對配電網原有的繼電保護將產生較大影響。
發展意義
我國是人口大國,也是能源消耗大國,隨著經濟的發展對電能的需求愈加迫切,傳統的火力發電已經很難滿足社會的電能需求,而且日益突出的環境問題也不適合再大力發展 以燃煤為主的火力發電。放眼全球,能源緊張已經成為困擾世界各國的一大難題,能源安全成為新的國際問題。在這種背景下,大力發展可再生能源成為解決這一難題的有效途徑。分散式風力發電技術投資小,見效快,無二次污染,系統運行安全可靠,是解決我國環境污染和保障我國電力安全的重要途徑之一。
分散式風力發電除直接向終端電能用戶提供電能外,還可以將分散式發電供能系統以微網的形式接入電網,與大電網併網運行,相互支撐,在電能利用結構上,有效調節用電峰谷,減輕用電高峰期電網負荷壓力,促進電能資源的最佳化配置,是發揮分散式風力發電供能系統效能的最有效方式。
3、採用分散式發電技術實行離網發電可以有效解決邊遠地區的用電難題。
在眾多的可再生能源中,風電資源是目前套用最為廣泛、技術條件最完備、投資成本與產出比例最高的一種,隨著分散式發電與供能技術的發展,風能與太陽能等可再生能源作為分散式電源併網發電是必然趨勢。我國風能資源分布廣泛,很多地區都具備利用風能建設分散式風力發電廠的優良條件,當前應當大力發展可再生能源,加大對相關科學研究項目的投入力度,提高風力發電裝備製造水平,對分散式發電系統與接入電網併網運行相關控制技術加快研究步伐,儘快最佳化電網運行結構,提高電力資源的利用率。
行會對傳統電網的運行穩定性和整個電力系統的系統控制和繼電保護帶來一定的影響,所以相關的微網運行控制技術和關鍵的電子設備研發技術一定要研究成熟。分散式風力發電機按照機組容量可以分為大型風力發電機組與中小型風力發電機組。我國幅員遼闊,邊遠地區架設輸送 電網路十分艱難,採用分散式發電機組實行離網發電可以有效解決邊遠地區的用電難題。
發展現狀
在我國,隨著經濟建設的飛速發展,我國集中式供電網的規模迅速膨脹。這種發展所帶來的安全性問題不容忽視。由於各地經濟發展很不平衡,對於廣大經濟欠發達的農村地區來說,特別是農牧地區和偏遠山區,要形成一定規模的、強大的集中式供配電網需要巨額的投資和很長的時間周期,能源供應嚴重製約這些地區的經濟發展。而分散式發電技術則剛好可以彌補集中式發電的這些局限性。
我國是世界上風力資源占有率最高的國家之一,同時也是世界上最早利用風能的國家之一。據資料統計,我國10 m 高度層風能資源總量為3226GW,其中陸上可開採風能總量為253GW,加上海上風力資源,我國可利用風力資源約為1000GW。如果風力資源開發率可達到60%,僅風電一項就可支撐我國現有全部電力需求。我國利用風電起步較晚,和世界上風電已開發國家如德國、美國、西班牙等相比還有很大差距。風電是20 世紀80 年代開始迅速發展起來的,初期研製的風機主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型風電機組,後期開始研發可充電型風電機組,並在海島和風場廣泛套用。至今,我國已經在河北張家口、內蒙古、山東榮城、遼寧營口、黑龍江富錦、新疆達坂城、廣東南澳和海南等地建成了多個大型風電場,並且計畫在江蘇南通、灌雲及鹽城等地興建GW 級風電場。
截止2007 年底,我國風機裝機總量已達6.05 GW,年發電量占全國發電量的0.8%左右,比2000 年風電發電量增加近10 倍。2012 年一年新增風電裝機容量625 萬千瓦,比過去20年累計的總量還多,新增裝機增長率約為89%。累計風電裝機容量約1215 萬千瓦,占全國裝機總量的1.5%,累計裝機增長率為106%。風電裝機主要分布在24 個省,比2007 年增加了重慶、雲南和江西三個省。2006 至2012 年風電增長狀況。
中國政府為了推動併網風電的商業化發展,國家發改委明確提出我國風電發展的規劃目標:2005 年全國風電裝機總量達到100 萬千瓦,2012 年全國風電裝機總量達到400 萬千瓦,2015 年全國風電裝機總量達到1000 萬千瓦,2020 年全國風電裝機總量達到2000 萬千瓦,占全國總裝機容量的2%左右。可以預計,中國即將成為世界風電發展令人矚目的國家之一。
隨著世界經濟的發展,風能市場也迅速發展起來。2009年全球風力發電新增31%,共增加37500兆瓦新裝機容量,全球總裝機容量達到157900兆瓦的新高峰。風能的持續增長,主要來源於世界主要市場積極的國家能源政策,以及許多國家政府將可再生能源作為其經濟復甦計畫有限考慮的一部分。
中國風力等新能源發電行業的發展前景十分廣闊,預計未來很長一段時間都將保持高速發展,同時盈利能力也將隨著技術的逐漸成熟穩步提升。隨著中國風電裝機的國產化和發電的規模化,風電成本可望再降。因此風電開始成為越來越多投資者的逐金之地。風電場建設、併網發電、風電設備製造等領域成為投資熱點,市場前景看好。
國家政策
一、2011年年初,國家能源局起草了《分散式發電管理辦法》(《辦法》)初稿,並組織國家部委、政府機構、科研院所、企事業單位等就管理辦法召開了3次專題研討會,徵求各方意見,對《辦法》進行討論修改。7月中旬,國家能源局又下發了《關於分散式接入風電開發的通知》。
1、從國家能源戰略層面大力推進分散式風力發電發展。我國已相繼出台了鼓勵可再生能源發展的政策法規,但就分散式發電的認識還不到位,尚未形成詳細、完善的政策法規體系。因此,各級政府應理清思路,從創新的、更高的、長遠的角度推動分散式發電的持續、快速發展。
2、制定支持分散式發電的總體戰略。分散式發電在中國屬於新興產業,必須在戰略上提前謀劃避免出現科技與產業脫節、生產與套用脫節等問題。我國政府應確定具體的分散式發電裝機目標,這有利於明確市場預期,增強市場信心,提高未來行業發展的可預見性及規劃部署的準確性。
3、制定高效的、持續的、長期穩定的、可操作性強的法律、法規及條例。美國的分散式發電政策法規,既有約束性法規,又有財政、稅收及融資優惠政策;既有巨觀的,又有具體翔實的;既有聯邦層面的全局性指導政策法規,又有各州針對當地實際情況推行的地方特色政策。我國在制定分散式風力發電政策時應儘量避免出現“重號召而缺操作性”的問題,制定長期有效的、具備可操作性的政策法規,尤其要明確項目電網接人、運行管理及電價補貼等關鍵措施,促進行業平穩快速的發展。
4、政府對風電開發商給予適當的激勵。我國可借鑑美國的經驗,政府組織開展風機質量檢測與認證,並結合實際風資源情況對已投運分散式風電場的運營表現予以評價,對性能優良的風機廠商及運營狀況良好的運營商給予適當獎勵。如此能夠激勵風機製造商不斷提高和完善設備質量,同時鼓勵運營商提高項目整體運營維護水平。
5、加強分散式風電的技術研發、市場套用、教育培訓與人才培養等方面工作。我國在分散式風力發電領域與美國的差距較大,各級政府應在技術研發、市場套用、教育培訓與人才培養方面加大資金投入。此外,絕大多數分散式發電項目並非由專業公司開發,通過開展專業教育與培訓,能夠在更大範圍里傳播專業技術,解讀明晰項目開發流程、審批手續及相關政策,提高分散式風力發電項目的開發與建設效率。