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| 【風(fēng)電】三大技術(shù)解決風(fēng)電發(fā)展問(wèn)題 |
| （時(shí)間:2013-7-3 10:15:07） |
風(fēng)能是最具有開發(fā)價(jià)值的新能源，風(fēng)能是分布最廣，離我們最近，取用最方便的無(wú)污染的清潔能源，用好風(fēng)電對(duì)減少碳排放，改善環(huán)境意義重大。風(fēng)能也是儲(chǔ)量巨大的新能源，風(fēng)能取之不盡，用之不竭，并具有相對(duì)最低的開發(fā)成本，所以風(fēng)電的發(fā)展應(yīng)該作為新能源發(fā)展的重點(diǎn)。
我國(guó)是一個(gè)內(nèi)陸大國(guó)，又是一個(gè)海岸線最長(zhǎng)的國(guó)家，陸地的風(fēng)速與沿海的風(fēng)速特點(diǎn)是完全不同的，并且沿海有臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)電機(jī)造成威脅。所以我們?cè)陂_發(fā)風(fēng)能的技術(shù)上應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別，在風(fēng)電機(jī)的設(shè)計(jì)上應(yīng)該體現(xiàn)不同的特點(diǎn)，對(duì)于陸地風(fēng)電機(jī)應(yīng)完全側(cè)重提高微風(fēng)發(fā)電性能，對(duì)于沿海風(fēng)電機(jī)應(yīng)完全側(cè)重較高風(fēng)速的特點(diǎn)，并且要完全具有抗臺(tái)風(fēng)能力。也就是說(shuō)風(fēng)電機(jī)的外形和特點(diǎn)是完全不同的，只有這樣才能充分提高陸地和沿海在時(shí)間最長(zhǎng)、最大風(fēng)速區(qū)間的風(fēng)能利用率，才能保證風(fēng)電機(jī)的發(fā)電時(shí)間最長(zhǎng)，風(fēng)電的輸出量最穩(wěn)定，風(fēng)電的發(fā)電量最大，才能保證我國(guó)風(fēng)能的充分利用，才能保證我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。所以我們將開發(fā)出“陸地微風(fēng)高效新型風(fēng)電機(jī)”和“沿�？古_(tái)風(fēng)新型高效風(fēng)電機(jī)”。還有大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)也是中國(guó)創(chuàng)舉，中國(guó)特色，面臨大規(guī)模風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)這個(gè)世界難題，我們將采取“智能火電廠”作為配套措施，并利用慣性儲(chǔ)能裝置和電控技術(shù)來(lái)解決這個(gè)世界難題。
(一)陸地微風(fēng)高效新型風(fēng)電機(jī)
風(fēng)電開發(fā)對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)才剛剛起步，風(fēng)電占全國(guó)的用電量還非常小，面對(duì)如此巨大的市場(chǎng)，為什么我們的80多家生產(chǎn)企業(yè)大部分產(chǎn)能閑置?為什么會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重產(chǎn)能過(guò)剩?有人認(rèn)為是電網(wǎng)瓶頸的限制，也有大部分人認(rèn)為是產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)快過(guò)熱造成的。這些問(wèn)題與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)巨大的發(fā)展空間相比，可以說(shuō)是微不足道的。目前大家都盯著國(guó)家和地方的那點(diǎn)風(fēng)電項(xiàng)目肯定是不行的，我們應(yīng)該在風(fēng)電機(jī)的推廣普及上尋找“突破口”，我國(guó)地域遼闊，急需用電、大量用電的地方很多，任何山區(qū)、草原、邊防站、海島、勘探單位、企業(yè)廠礦，冶煉單位等，這些地方蘊(yùn)藏著巨大的開發(fā)空間，如果這些市場(chǎng)得到開發(fā)，都用上大型風(fēng)電設(shè)備，不但可以使這些企業(yè)產(chǎn)能得到釋放，還可能會(huì)??產(chǎn)能不足的問(wèn)題。所以我們要在風(fēng)電機(jī)的普及推廣上下功夫，大幅提高風(fēng)電機(jī)微風(fēng)發(fā)電性能，適合在全國(guó)各地推廣;大幅降低風(fēng)電機(jī)成本，使風(fēng)電成本小于火電和水電，提高風(fēng)電的競(jìng)爭(zhēng)能力。
我國(guó)陸地風(fēng)速較低，有多風(fēng)地區(qū)，但都較偏遠(yuǎn)，大部分是少風(fēng)地區(qū)，我們要讓少風(fēng)地區(qū)也用上風(fēng)電機(jī)，就必須大幅提高微風(fēng)發(fā)電性能。目前歐美的風(fēng)電技術(shù)都是以海洋性氣候發(fā)展起來(lái)的高風(fēng)速風(fēng)電機(jī)，陸地使用最大的缺點(diǎn)是發(fā)電效率太低，三級(jí)風(fēng)以下基本沒有發(fā)電能力，設(shè)計(jì)風(fēng)速是13~15米/秒，也就是要達(dá)到七級(jí)大風(fēng)才能滿負(fù)荷，這樣的大風(fēng)在陸地很罕見。還有風(fēng)電機(jī)的高昂成本也不利于風(fēng)電機(jī)推廣普及。提高發(fā)電量，降低風(fēng)電機(jī)成本是目前迫切解決的問(wèn)題。
我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的“突破口”在于生產(chǎn)開發(fā)微風(fēng)高效的新型風(fēng)電機(jī)，這種風(fēng)電機(jī)性能應(yīng)當(dāng)是一、二級(jí)風(fēng)就能啟動(dòng)，三四級(jí)風(fēng)就能很好發(fā)電，五級(jí)風(fēng)就可以達(dá)到滿負(fù)荷，適合在全國(guó)大部分地區(qū)推廣使用，具有良好的并網(wǎng)穩(wěn)定性，風(fēng)電機(jī)成本降低60%以上，基本實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，讓人人都敢用，人人都好用，并可以實(shí)現(xiàn)在三年內(nèi)收回投資，風(fēng)電機(jī)優(yōu)良的發(fā)電性能和低成本將為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟巨大的空間。
首先各工礦企業(yè)都有安裝大型風(fēng)電設(shè)備的需求，如果能一次投資，享受二、三十年的收益，安裝風(fēng)電機(jī)的積極性肯定非常高，對(duì)于大型冶煉單位，一般都有自己的發(fā)電廠，如果能夠大量利用風(fēng)電，起到節(jié)能減排的作用，對(duì)提高企業(yè)效益有很大的幫助，低成本的風(fēng)電肯定會(huì)得到大量推廣使用，全國(guó)的工礦企業(yè)蘊(yùn)藏著巨大的風(fēng)電市場(chǎng)，這個(gè)市場(chǎng)的規(guī)模將比國(guó)家投資在建的“陸地三峽”大數(shù)倍。我國(guó)各地還有無(wú)數(shù)的火電廠，在電廠周圍都可以布滿風(fēng)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電與火電的互補(bǔ)，并可以隨時(shí)根據(jù)風(fēng)電調(diào)控火電，這對(duì)降低火電廠的碳排放是非常有利的，并且投資較小，控制靈活，取得效益顯著，這些火電廠周圍衍生出來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模不會(huì)小于“陸地三峽”的規(guī)模，進(jìn)一步擴(kuò)展了風(fēng)電的發(fā)展空間。我國(guó)還有分布在山區(qū)的數(shù)百個(gè)水電站，山頂都有很豐富的風(fēng)能，由于新型風(fēng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，并且安裝方便，成本和安裝費(fèi)用都較低，不需要太大的投資就可以實(shí)現(xiàn)規(guī)�；\(yùn)營(yíng)。風(fēng)電最大的不足就是具有間歇性，而水電最大的優(yōu)點(diǎn)就是調(diào)控方便，風(fēng)電和水電可以說(shuō)是一種完美結(jié)合，并將成為風(fēng)電的一種發(fā)展方向，又為風(fēng)電發(fā)展開辟巨大的發(fā)展空間。所以，大力發(fā)展低成本的適合在全國(guó)各地推廣的微風(fēng)高效新型風(fēng)電機(jī)是促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，解決風(fēng)電產(chǎn)能過(guò)剩的“突破口”。
(二)沿�？古_(tái)風(fēng)新型高效風(fēng)電機(jī)
我國(guó)有很長(zhǎng)的海岸線，沿海蘊(yùn)藏著非常豐富的風(fēng)能資源，由于臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)電機(jī)的破壞很大，嚴(yán)重阻礙了沿海風(fēng)能的開發(fā)。海上風(fēng)電技術(shù)一直都是國(guó)外研發(fā)的重點(diǎn)，但在抗臺(tái)風(fēng)技術(shù)上始終沒有重大突破，葉片技術(shù)和控制技術(shù)也沒有重大改進(jìn)，國(guó)外在開發(fā)海上風(fēng)能的過(guò)程中也遭受了巨大的損失。雖然臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)能的開發(fā)造成了很大的威脅，但仍不能阻擋人們開發(fā)海上風(fēng)電的熱情，現(xiàn)在海上風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)悄然興起。中國(guó)海上風(fēng)能資源儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于陸地風(fēng)能，儲(chǔ)量10m高度可利用的風(fēng)能資源超過(guò)7億kW，而且距離電力負(fù)荷中心很近。如果能夠得到有效開發(fā)，將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力保障，也為節(jié)能減排的目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。
從理論上講進(jìn)口風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行風(fēng)速達(dá)50~60m/s，12級(jí)颶風(fēng)的平均風(fēng)速是34m/s，也就是說(shuō)風(fēng)電機(jī)組可以在任何狂風(fēng)暴雨中運(yùn)行，強(qiáng)度還有富余。但事實(shí)卻是殘酷的，2003年13號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”，2006年1號(hào)臺(tái)風(fēng)“珍珠”和8號(hào)臺(tái)風(fēng)“桑美”分別造成了廣東汕尾紅海灣風(fēng)電場(chǎng)，南澳風(fēng)電場(chǎng)和浙江蒼南鶴頂山風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p毀。從風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的原理來(lái)講，當(dāng)風(fēng)電機(jī)處于狂風(fēng)狀態(tài)時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片自動(dòng)卸載，使葉片與風(fēng)向平行，這樣葉片受到風(fēng)的作用力最小，也就抵抗了風(fēng)的破壞作用。但風(fēng)電機(jī)在臺(tái)風(fēng)中損毀，說(shuō)明風(fēng)電機(jī)的控制技術(shù)還不穩(wěn)定和可靠，并存在嚴(yán)重缺陷。
現(xiàn)有葉片都非常巨大，大型葉片帶來(lái)的巨大風(fēng)載是造成風(fēng)電機(jī)不穩(wěn)定和強(qiáng)破壞性的罪魁禍?zhǔn)�，�?yán)重影響了風(fēng)電機(jī)的正常使用，帶來(lái)高額維護(hù)費(fèi)用也是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)無(wú)法承受的，特別是沿海風(fēng)電機(jī)會(huì)受到臺(tái)風(fēng)的嚴(yán)重?fù)p毀，造成的損失是巨大的。還有控制系統(tǒng)的滯后性也是造成沿海風(fēng)電機(jī)在臺(tái)風(fēng)中損毀的主要原因。我們要解決抗臺(tái)風(fēng)問(wèn)題，就必須解決高風(fēng)載問(wèn)題和控制系統(tǒng)的滯后性問(wèn)題。而現(xiàn)有葉片的高風(fēng)載是無(wú)法改變的，葉片的性能決定了高風(fēng)載的特性，僅靠改進(jìn)無(wú)法改變高風(fēng)載特性。我們現(xiàn)在應(yīng)該做的就是徹底改變風(fēng)電機(jī)結(jié)構(gòu)，只有改變?nèi)~片高風(fēng)載的破壞力，才能保證風(fēng)電機(jī)的穩(wěn)定和安全，才能解決風(fēng)電機(jī)的抗臺(tái)風(fēng)問(wèn)題。還有控制系統(tǒng)的滯后性問(wèn)題，將控制系統(tǒng)改的更靈敏是不是就可以改變控制滯后的問(wèn)題?答案是否定的。搞風(fēng)電研究的人對(duì)風(fēng)向標(biāo)都非常熟悉，自然界中風(fēng)向的變化是很快的，風(fēng)電機(jī)很龐大，不可能在短時(shí)間完成調(diào)整過(guò)程。反而言之，就是我們做到了很靈敏，偏航裝置和變漿矩裝置在臺(tái)風(fēng)中不停進(jìn)行調(diào)整工作，長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)造成控制裝置的發(fā)熱，發(fā)熱就會(huì)導(dǎo)致控制裝置自動(dòng)停機(jī)，變槳距裝置擔(dān)負(fù)著葉片的卸載功能，如果停止工作，葉片就會(huì)受到強(qiáng)大風(fēng)載的作用，并對(duì)風(fēng)電機(jī)造成強(qiáng)烈沖擊，造成風(fēng)電機(jī)的損壞。如果不停機(jī)，控制裝置就會(huì)發(fā)熱燒毀，導(dǎo)致葉片控制失靈，失去卸載功能，最終仍然使風(fēng)電機(jī)遭到?jīng)_擊破壞。所以，現(xiàn)有控制系統(tǒng)是不能滿足在臺(tái)風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行卸載功能的。
我們要開發(fā)抗臺(tái)風(fēng)風(fēng)電機(jī)，首先要解決葉片的強(qiáng)風(fēng)載問(wèn)題，采用小型葉片渦輪是提高抗風(fēng)強(qiáng)度的最有效方法，小型葉片渦輪又有獲取風(fēng)能效率低的缺點(diǎn)，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，我們可以采用增加葉片渦輪數(shù)量的方法提高風(fēng)能獲取效率，由于小葉片渦輪受風(fēng)面積很小，所受風(fēng)載也很小，可以保證葉片不會(huì)在臺(tái)風(fēng)中損壞，風(fēng)電機(jī)有幾十個(gè)小葉片渦輪，它們所受風(fēng)力是分散均勻的，不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)造成沖擊破壞，可以大幅提高風(fēng)電機(jī)的抗風(fēng)能力。我們還要解決風(fēng)電機(jī)控制系統(tǒng)的滯后性問(wèn)題，在風(fēng)速和風(fēng)向變化很大的情況下，任何的控制系統(tǒng)都是對(duì)裝置的束縛和限制，最好的辦法是順其自然，靠風(fēng)力自動(dòng)調(diào)整風(fēng)向，這樣的調(diào)整才最準(zhǔn)確、最及時(shí)，受到的風(fēng)力也會(huì)最小。所以我們要省掉偏航裝置和變漿矩裝置，風(fēng)電機(jī)靠風(fēng)力完成調(diào)整風(fēng)向的過(guò)程，不會(huì)存在滯后性，也不會(huì)存在故障，并使結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，成本得到降低。核電還有氣電，智能電網(wǎng)可以相互協(xié)調(diào)、相互補(bǔ)充、相互平衡，是非常強(qiáng)大的智能電網(wǎng)。但由于風(fēng)電機(jī)的并網(wǎng)穩(wěn)定性沒有保證，所以仍采用分散入網(wǎng)的方式，風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模都較小，當(dāng)風(fēng)速和風(fēng)向變化很大時(shí)，風(fēng)電機(jī)不穩(wěn)定，不能滿足并網(wǎng)條件，此時(shí)風(fēng)電機(jī)可以隨時(shí)脫網(wǎng);風(fēng)電機(jī)穩(wěn)定后，又可以隨時(shí)入網(wǎng)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成太大的沖擊。象丹麥等國(guó)雖然風(fēng)電占20~30%，但都是分散接入，并制訂風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則嚴(yán)格規(guī)定了接入點(diǎn)的風(fēng)機(jī)數(shù)量和容量，并規(guī)定接入和退出的標(biāo)準(zhǔn)，丹麥國(guó)家電網(wǎng)公司每天會(huì)從三個(gè)不同的氣象預(yù)報(bào)公司接收四次天氣預(yù)報(bào)，然后利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)預(yù)測(cè)何時(shí)天氣預(yù)報(bào)所述的風(fēng)力變化會(huì)影響到風(fēng)機(jī)，以及分析這些變化對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響，進(jìn)行快速的人工干預(yù)。但是，實(shí)際風(fēng)速和預(yù)測(cè)風(fēng)速完全吻合的情況很少。這種被動(dòng)的、不準(zhǔn)確的控制方式對(duì)我國(guó)肯定是不適用的，我國(guó)大型的風(fēng)電場(chǎng)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流就足以讓電網(wǎng)癱瘓，不可能有時(shí)間進(jìn)行人工干預(yù)。所以大規(guī)模并網(wǎng)國(guó)外也沒有成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，我們也不可能建成比歐洲還強(qiáng)大的智能電網(wǎng)，就是建成了也不能解決并網(wǎng)問(wèn)題。
我們通過(guò)簡(jiǎn)單的量化計(jì)算來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)會(huì)有500~600臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，我們選取2.5MW風(fēng)電機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)電機(jī)的牌子是德國(guó)Nordex公司N80，我們?nèi)≥^低數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)速5m/s，功率是120kw，當(dāng)風(fēng)速6m/s，功率是248kw。當(dāng)風(fēng)速變化為1m/s時(shí)，功率的變化是128kw，如果按100臺(tái)風(fēng)電機(jī)計(jì)算，功率變化值就達(dá)12800kw，1萬(wàn)千瓦的沖擊能量不知道要多強(qiáng)大的智能電網(wǎng)才能承受?而且這個(gè)計(jì)算值已經(jīng)很小了，我們是按低風(fēng)速，小的變化量進(jìn)行計(jì)算的，實(shí)際的風(fēng)速變化要大很多，而且風(fēng)向的變化對(duì)風(fēng)電機(jī)功率的影響比風(fēng)速還要大。所以，實(shí)際使用中的沖擊能量要比這個(gè)值大很多，將是非常驚人的，我們必須認(rèn)真對(duì)待。
(三)大規(guī)模風(fēng)電機(jī)的并網(wǎng)
大規(guī)模風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)產(chǎn)生的大量峰值電流是影響電網(wǎng)安全的最大威脅，要解決大規(guī)模風(fēng)電機(jī)的并網(wǎng)問(wèn)題，必須解決風(fēng)電的峰值電流對(duì)并網(wǎng)穩(wěn)定性的影響!解決并網(wǎng)問(wèn)題僅用智能電網(wǎng)的方式很難解決，風(fēng)電產(chǎn)生的強(qiáng)大峰值電流要被緩沖和吸收，就必須接入一個(gè)足夠強(qiáng)大的負(fù)載，火電廠是一個(gè)強(qiáng)大的發(fā)電源，我們也可以將火電廠變成一個(gè)強(qiáng)大的負(fù)載，來(lái)吸收風(fēng)電的沖擊電流。智能火電廠不僅能起到補(bǔ)充水源的作用，而且能起到水庫(kù)的作用，對(duì)洪水起到緩沖和吸收的作用。
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