風電新能源發展與并網技術研究

李冬冬

（國電東北新能源發展有限公司，遼寧沈陽 110000）

我國國土面積較大，海岸線相對較長，風力資源與其他國家相比占據優勢。風能是對太陽能資源的間接利用，其在開發過程中占用耕地少、污染小，但儲量較大，是實行可持續發展策略的重要組成環節。近年來，人們的生活水平不斷提升，也加快了風力發電的發展速度。由于風電發電驅動力應用方面存在差異性及并網運行中的可靠性影響，對并網提出了較高的要求。

1 當前風電新能源發展現狀

1.1 研究現狀

《中華人民共和國可再生能源法》頒布后，一系列支持可再生能源發展的政策文件不斷出臺，針對費用分攤、價格、財稅等方面的支持政策也不斷推出，有效解決了可再生能源在上網問題、費用分攤、經濟激勵等方面的問題，我國可再生能源規模化發展明顯[1]。

現階段，風電發展速度較快，2005～2008年風電裝機容量每年上漲一倍，發展迅猛。截至2009年底，我國風電裝機容量2 601 萬kW，位居世界第二。2015年風電新增樁基容量達到3 297 萬kW，累積并網裝機容量1.29 億kW；2015年風電發電量1 863 億kWh。

近年來，我國風電行業始終保持高速發展，為了進一步提高風電的市場競爭力，需要積極進行創新。一方面應加大研發力度，積極將智能化技術應用于風電行業中，推進工業化與信息化的融合，積極進行全行業創新；另一方面應不斷降低風電的成本，減少風電產業鏈種類，提高風電的市場競爭力與產品的可靠性。

風電走向國產化，在風電行業的不斷發展的情況下，我風電行業的供應鏈已完整，應把握工業5.0、中國制造2025的機會，對系統集成、風電設備制造等方面積極進行研究。

1.2 不足

當前我國風電裝機容量位居世界首位，但是當前我國風電仍存在較多的不足。雖然數量上為世界首位，但在科技創新能力上仍與發達國家存在較大差距，需要對行業進行創新性理論分析。并網型風機部分關鍵零件仍高度依賴進口，當前風電并網規范不健全。相關人員應積極利用互聯網思維、云計算、大數據、人工智能等跨界新工具、新知識為風電行業與客戶服務；分析風電行業，以行業為背景共建、共享研發成果；實現多方協調以降低能源成本，行業內部、國內國際大力合作，互利共贏，通過風電技術創新，有效降低能源成本。

2 風電新能源對并網帶來的挑戰

2.1 負荷

電力需求對負荷管理效果不明顯，風電場輸出反調峰率、峰谷差等，影響電網的正常運行。負荷水平不高時，調峰能力不足；當負荷水平較高時，風電的消納能力大，需要花費較多財力、精力，為了維持電網穩定運行，將放棄建設風電場。

2.2 電網架構

風電場避免選擇建立在市中心等位置，單個風電廠的容量通常在50 MW以上，經過遠距離輸電通道，可將電能傳遞給高電壓等級的變電站，高電壓等級的跨區、跨省輸電通道主要用于輸送煤電，未充分發揮電網架構能力，造成地區電網風電接納能力不足[2]。

2.3 風電場

風力發電具有風速、風力不穩等特點，導致風電場的輸出具有隨機性，接入風電時，會影響電網電壓。風電的并網容量不高時，通過風速預測技術、電網調度，可控制風電并網對電壓造成的影響；風電并網容量較大時，風電場輸出隨機性的特點會影響電網運行，此時為了保證電網的穩定性，調度部門會關閉風電場。

2.4 其他

當前風電行業發展迅速，風電裝機并網容量迅速增加，接近甚至超過地區電網消納極限，影響電網電壓。促進風電發展前，需要先對這些問題進行針對性研究，確保充分利用風電資源。

3 控制風電接入對電網電壓影響的對策

3.1 合理確定風電機組類型

當前風電制造企業的風電發展路線包括直驅型風機、雙饋型風機。

（1）前者控制簡單，但其要求較高；后者控制較為復雜，但靈活度較高。

（2）前者無齒輪箱；后者具有齒輪箱，但整體維護成本較高。

（3）前者的噪聲較小；后者噪聲較大。

（4）前者為永磁；后者為電勵磁。

（5）前者為全功率；后者為全功率的33%。

（6）前者切入風速低；后者切入風速高。

（7）前者造價高；后者造價低。

（8）前者尺寸大；后者尺寸小。

（9）前者重量重；后者重量輕。

（10）前者電流、扭矩均不變；后者電機側電流上升，扭矩增加。

長期以來，雙饋型由于技術穩定的特點，受到市場的認可，隨著直驅型技術的不斷進步，當前直驅型風機應用更廣泛。

風電場選定電機時，需要考慮眾多因素，如安裝、交通、地形、水文氣象、風資源等，選擇質量穩定、發電效率高的風電機組具有現實意義。當前我國風電制造廠家具有技術成熟、信譽好、實力強等特點，其設備可利用率、風機可靠性上均可得到保障，選擇風電機組類型時，可結合當地的風資源，充分利用風能。

風電場開發后需要較長時間，方可體現其效益，多種因素均會影響項目的收益。考慮收益時，應從原本的僅關注初期成本變為關注生命周期的平均成本，不斷降低維護成本，延長生命收起，提高發電量。本地的風速水平較低、其他條件均一致時，風速轉化率越高，切入風速越低，發電總量便越高，選擇直驅型風電機組的優勢更明顯。直驅型風電機組的維護成本較低，不會對電網帶來過大的沖擊，當建設資金支持時，應選擇直驅型風電機組。

3.2 確定風電最大并網容量

電網的調節能力有限，是風電并網影響電網電壓的重要原因，結合電網的調節性能，對風電最大并網容量進行計算，合理控制電網受到風電場的影響。進行風電同時率的計算時，需要考慮風機安裝規律、風力資源平均度等特點，明確不同風機的性能，風機處理時應始終保持出力穩定、滿荷處理，且應考慮風電場輸出的隨機性、不確定性。

風電并網的接納容量受風電場同時率、聯絡線輸送功率、負荷特性、系統備用容量、電網結構特性、風電裝機容量等因素的影響。為了確保電網安全運行，風電場的輸出功率過高超出電網調節容量時，可采用暫時關閉部分風電機組的措施限制風電部分的功率。

3.3 提高地區電網的消納能力

（1）制定發電計劃。

風電場可考慮制定發電計劃，對常規電機組的出力情況進行合理安排，提高電網的風電接入能力。

（2）調整負荷特性。

可從調整負荷的峰谷差方面提高電網接入能力，調整負荷特性方式，提升系統調峰冗余度。可在不同用電期制定不同的價格，對用戶的需求進行管理，調節用戶用電時間，減輕電網的壓力。

（3）改善電源結構。

電網裝機容量過多，超出地區電網接納風電容量時，考慮系統調峰的需求會選擇放棄風電。為了提高地區電網的風電消納能力，可建設相應容量的調峰點源，對風電場的出力波動進行調節。可通過特高壓電網大范圍調用能量，利用省內其他地區的調峰能源，降低風電并網帶來的影響。

3.4 建設儲能系統

儲能電站的建設可平衡電網的供需，提高電網需求側峰谷時的調節能力，增強電網穩定性、輸變電能力，滿足風電等可再生但供應不穩定能源的并網需求。儲能系統可提高電能供應低谷值、降低電能需求峰值。工作人員應注意，電能無法直接存儲，需要將其轉化為電磁能、化學能的形式進行存儲[3]。

（1）物理儲能。

①壓縮空氣。典型功率為50～300 MW，其功率與容量均較大，但對場地具有特殊要求，主要應用于系統備用電源、調峰發電廠。②抽水蓄能。典型功率為50～2 000 MW，其功率與容量均較大，成本較低，但對場地具有特殊要求，需要經過較長時間的施工，主要應用于系統備用電源、頻率控制、日負荷調節。③飛輪儲能。典型功率為20 MW，其功率較大，但能量密度不高，主要應用于新能源發電并網的調節，改善電能質量。

（2）電磁儲能。

①超級電容器。典型功率為1～100 MW，其具有效率高、壽命長、響應速度等特點，但能量密度低，主要應用于新能源發電，改善電網頻率波動。②超導儲能。典型功率為0.1～1 MW，其具有轉化效率高、響應速度快、功率密度高等特點，但成本高，主要應用于電網穩定性、電能質量調節、UPS。

（3）電化學儲能。

①鋰離子電池。典型功率為0.1～10 MW，其能量密度高，循環使用周期長，但成本高、功率密度低，主要應用于新能源發電、調峰、備用電源。②液流電池。典型功率為0.001～500 MW，具有壽命長、容量大等特征，但功率密度低、響應速度慢，主要應用于新能源發電、備用電源調節，改善電網電能質量。③鉛酸電池。典型功率0.001～10 MW，其具有成本低等特征，但使用周期短、環保性差，主要應用于新能源發電、UPS。

4 結語

面對當前能源緊缺、環境污染嚴重的局面，風電建設步伐逐漸加快，電網中風電場容量比例越來越大，影響電網的穩定運行。為了研究風電并網新技術，應合理控制風電并網帶來的不穩定因素，開展大容量風電系統的相關研究，創新并網技術、最大風能捕獲技術。發展海上風電場技術可解決風電發展過程中遇到的問題，可推動風電產業可持續發展。