风力发电出现于19世纪末。 丹麦人首先开发了风力发电机。 20世纪80年代以来,这项技术发展迅速,风力发电这种绿色能源越来越受到重视。 世界各国纷纷出台各种政策大力扶持风电产业。 近年来,我国风电产业发展迅速,已建成多个大型陆上风电场,装机容量位居世界第四。 诱人,但发展中存在的问题也越来越突出。 首先,装机容量大,但发电量仍然很低,有效发电时间短,不能对电网形成有效补充,也不能对电网形成稳定输出 ; 其次,风电机组特别是风电的并网稳定性得不到保证。 风电机组大规模并网,将对电网造成非常严重的冲击和破坏,必然导致并网困难; 还有就是故障率高,维护成本高,风电机组的安全得不到保障。 这些问题是现有风电技术存在的固有问题,为什么这些问题在欧美国家并不明显,而在我国尤为突出。 这主要是由于以下两个方面的差异。
最重要的是气候的差异。 欧美国家属海洋性气候,季风频繁,风能资源十分丰富。 风速大,风持续时间长。 风力发电已成为重要的能源,因此欧美地区的风力发电发展最快。 我国新疆、甘肃、内蒙古等地均为干旱高原地区,风速小,大风持续时间短,空气密度小。 进口风力发电机的设计风速一般为15m/s,低风速也设计为13m/s。 但是,在我国这些地区,最长和最大风速为6~8m/s。 显然,进口风电机组的设计值与我国的实际情况并不相符。 情况大不相同,再加上空气密度的不同,必然导致发电量很低的现象。 欧美国家的风力发电机也存在故障率高、维护成本高的问题,但由于每年发电时间长,发电量大,这可以弥补维护成本带来的损失。 欧美台风也很少,而我国沿海每年都有几次大台风,台风给我国沿海风电场造成的损失也是巨大的。 2003年第13号台风“杜鹃”和2006年第1号台风“珍珠” 8号台风“桑梅”对广东汕尾红海湾风电场、南澳风电场和浙江苍南鹤顶山风电场造成严重破坏 风电场分别。
并网方式也有区别。 由于风电机组并网稳定性得不到保证,欧美国家采用分散式并网方式。 这些国家的风电场规模较小。 当风速、风向变化较大时,风力发电机不稳定,不能满足并网条件。 此时风电机组可随时脱离电网; 风电机组稳定后,可以随时并网,欧洲几个国家的电网并网。 格子很结实,不会对格子造成太大的冲击。 而我国采用的是大规模并网的方式。 我国风能资源丰富的地区主要分布在“三北”(西北、东北、华北)地区和东南沿海。 目前“三北”规划了6个1000万千瓦的风电基地,但这些地方也是电网最薄弱的地区,因此我国的风力发电将面临电网不堪重负的问题。 目前,国家已开始规划建设智能电网,但由于这些地区处于电网末端,容量控制能力较差,难以承受风电大范围变化的冲击。 我们通过一个数据计算来说明这个问题。 一个1000万千瓦的风电场将有500~600台风电机组。 我们选取2.5MW风电机组的数据进行计算。 风力发电机品牌为德国Nordex的N80。 我们取较低的数据。 风速5m/s时功率120kw,风速6m/s时功率248kw。 当风速变化为1m/s时,功率变化为128kw。 若按100台风电机计算,功率变化值达到12800kw。 不知道智能电网承受万千瓦冲击能量的能力有多大? 而且,这个计算出来的数值已经很小了。 我们是根据低风速和小变化来计算的。 实际的风速变化要大得多,风向的变化对风力机功率的影响比风速更大。 所以,实际使用中的冲击能量远大于这个数值,会让人很意外,必须引起重视。 因此,解决并网问题并不是建设智能电网那么简单,而是需要我们全面提升风电机组的性能。
从以上分析可以看出,目前欧美的风电技术并不适合我国陆上利用。 最大的缺点就是发电效率太低,三级风以下基本没有发电能力。 它需要达到七级风才能满载。 这样的强风在陆地上是很少见的。 现有风电机组年发电时间一般只有2000~3000小时,与每年8760小时相比仅为1/3。 很多时候只是摆设,严重影响了风电的利用。 此外,台风对沿海风电场的威胁很大。 过去风电场规模小,损失相对较小。 现在规划的风电场比以前大了好几倍。 如果台风破坏,损失将是巨大的,我们必须认真对待。 并网问题是关系我国“陆上三峡”建设成败的重大问题。 现有的风电机组显然不符合并网要求。 如果性能不提高,风小的时候就没有发电,时间不在线。 “陆上三峡”经营困难,损失巨大。 国外大规模并网并无成功经验可以借鉴。 丹麦等国虽然风电占20-30%,但都是分散接入,并制定了风电并网导则,严格规定接入点的风电机组台数和容量。 并规定准入和退出标准。 丹麦国家电网公司每天会收到来自三个不同天气预报公司的四次天气预报,然后利用先进的软件系统预测天气预报中描述的风力变化何时会对风力涡轮机产生影响。 并分析这些变化对整个电力系统的影响,并进行快速的人工干预。 然而,实际风速与预测风速完全吻合的情况很少见。 这种被动的、不精准的控制方式,在我国是绝对不适用的。 我国大型风电场产生的瞬时浪涌电流足以使电网瘫痪,不可能有时间进行人工干预。 因此,我国大规模并网对风电机组的性能提出了更高的要求。 我们知道,风是变化无常的,有峰有谷,间隔较长的称为阵风。 风速的变化必然引起风机功率的变化。 首先要解决风速风向变化对风电机组的影响。 现有的风力涡轮机利用叶片的惯性能量来平滑功率波动,在低风速下工作。 相比之下,它犹如鸡蛋和石头,根本无法与之抗衡。 最有效的办法是单独加装惯性储能装置,利用惯性储能装置削峰填谷,对稳定功率输出很有帮助。 还需要改进叶片的性能。 当风速较高时,现有叶片会产生强大的风荷载,风荷载变得不稳定,难以控制,导致风电机组功率急剧变化,对并网稳定性产生很大影响 . 威胁。