风电并网技术即将告别“瓶颈”时代

     风电是绿色能源的典型代表，但在中国却从“绿色能源”迅速演变为近乎于“垃圾能源”，从技术角度看风电大规模并网技术不能满足实际需要是关键原因。然而，随着世界各国科学家和技术人员在这一领域的努力探索，大规模风电并网在技术上已经日臻成熟，只要投资收益成本等经济问题得以解决，风电告别“垃圾能源”的时代就不远了。

风电并网瓶颈时代

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    垃圾能源由来

    在中国，可利用风能密度超过200瓦/平方米的“高能”区域只集中在内蒙古北部、新疆北部、黑龙江东部、西藏中北部和沿海的个别地区。这直接导致了百万千瓦级风电场的出现，而这样规模的风电场在欧洲等地是相当罕见的。

    大规模的风电场给电力系统造成的负面影响日益明显，由于风能的间歇性等原因，导致风电场给电网带来谐波污染、电压波动及闪变问题。另外，风电的随机性也给发电和运行计划的制定带来很多困难。除了风力随机变化的自然属性之外，风机本身和电网的调节功能也滞后于实际应用的需求。

    实际应用中的典型例子是：风大而电网负荷小时，风能输送不出去会导致电网频率超过50赫兹，如果电网调度能力不足，就只能把风电切出去，风机就要紧急刹车，由于惯性，齿轮箱、传动、制动系统、叶片等将受到巨大的冲击载荷。而风小电网负荷大时，风电发电量不足，电网频率会低于50赫兹，网压变得很低，如电网调度能力弱就会大面积停电。

风电并网瓶颈时代

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    从技术角度，可以将目前风电并网的缺点大致分成三个方面，这也是目前科研技术人员重点突破的领域：储能技术、风力预测技术和电力电子应用，从风机本身、风场系统以及风场气象预测等层次解决风电并网的问题。

    以不变应万变

    解决风电并网问题，最容易想到的莫过于“储能-无功调节”，利用储能技术把风电的间歇能量变成容易调节的能源。据了解，目前储能技术已经发展到足以适应大规模风电并网所需的程度。其中，钠硫电池、锂电池相对成熟，可用于电量和功率应用的场合，但需要降低成本。另外，在地理条件合适的地方，还可以开展压缩空气储能试验，估计可以达到100MW以上的应用。

    钠硫电池是以Na-beta-氧化铝为电解质和隔膜，并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。钠硫电池用于储能具有独到的优势，主要体现在原材料和制备成本低、能量和功率密度大、效率高、不受场地限制、维护方便等方面。

钠硫电池的理论比能量为760Wh/Kg，实际已大于100Wh/Kg，是铅酸电池的3-4倍；另一个特点是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2，并瞬时放出其3倍的固有能量；再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100％。

    钠硫电池已经成功用于削峰填谷、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面。目前在国外已经有上百座钠硫电池储能电站在运行，是各种先进二次电池中最为成熟和最具潜力的一种。

    世界上钠硫电池领域较为领先的是日本的NGK公司，通用电气与NGK进行着激烈的竞争。同样的，生产锂电池的比亚迪公司也是新能源产业的积极参与者。特别值得注意的是，储能技术还包括了储能模块之间的调配协调，这与电池单体一道组成了储能技术的难点。

    智能风电

    利用风车发电的技术早在100多年前就已经诞生，但苦于实际应用的效果不理想，一直未能成为能源的主流之一。究其原因，就在于技术进步的速度追不上实际应用的需要。随着风机技术的进步，从早期的异步风机到现在的同步风机，风机本身的技术进步一直没有间断过。同时，围绕着风电场如何与电网密切配合，保证风电并网的电能质量和稳定性。

    从风机本身讲，为了最大限度利用风能，风力发电机的装机容量日益增大，从定桨距到变桨距控制，从恒速恒频到变速恒频，从今后的发展趋势看，在大型风力发电机组中变桨距变速技术将非常普遍。而相应的，这一发展趋势大大加强了电力电子技术在风电机组中的应用。

    从风场整体来看，调动数量众多的风机协同运行，即时调控整个风场的电力参数，保证并网的可靠性和稳定性是未来发展的趋势。比如风场调度人员需要通过控制和协调风场内各台风机的无功功率，并协调风场内可能具有的其它无功设备，来有效地调节整个风电场并网点，甚至更远处的电压和无功功率。此外，遭遇电网跳闸等故障时，需要足够的低电压穿越能力，这也需要相应的电力电子技术作为支持。要达到这些目的，需要高度复杂的控制管理系统。

    不论从风机本身，还是从风电场整体来说，未来风力发电的“智能”属性正在不断增强，这也是对“智能电网”的自然需求，从这个意义上讲，说风电是垃圾还有失公允，建设智能电网可以从根本上扭转风电的这一不利的公众形象。

    总之，未来的大规模风电并网技术一定会成熟到足以商业化运行，届时风力发电产业也将走上一个新台阶。