用欧美风电技术能建成“陆地三峡”吗？

内容简介

欧美风电技术发电效率低、并网稳定性差，欧洲电网很强大都不能满足大规模风电机并网的要求，如何能建“陆地三峡”？

关键词

风电技术  并网难题  陆地三峡  风电通道

纵观国际形势，世界经济和政治的目标正在以能源发展为中心发生着重大而深刻的变化，新一轮的经济发展和技术变革将以新能源建设展开，社会发展对能源需求的不断增大，将推动世界围绕能源发展进行技术竞争和技术创新，谁掌握了新能源的核心技术，谁就掌握了发展的主动权，一场以低碳能源为核心的技术竞争正在展开，大力发展低碳经济是世界潮流。审视国内现实，现状不容忽视，新能源技术创新与核心竞争力不强，真正先进的技术是买不来的，真正核心的技术是得不到的，我们必须建立自主的技术研发体系，根据我国国情开发适合国情的新能源技术。

我国对新能源建设非常重视，并把它放在非常重要的战略地位，已经制定了一系列促进新能源发展的政策，对新能源建设起到了极大的促进作用。风能是{zj1}有开发价值的新能源，风能是分布最广，离我们最近，取用最方便的无污染的清洁能源，用好风电对减少碳排放，改善环境意义重大。风能也是储量巨大的新能源，风能取之不尽，用之不竭，并具有相对{zd1}的开发成本，所以风电的发展已经成为新能源发展的重点。风电面临着非常难得的发展机遇，近几年得到了飞速发展。但风电建设中存在的问题已严重影响了风电的健康发展，首先是我国在建的千万千瓦级风电场有电送不出的问题。

我国在“三北”（西北、东北、华北）地区在建的有6个千万千瓦风电基地，但这些地方又是电网最弱的地区，风电场的建设还处于初级阶段，有些问题已突出的暴露出来。首先是建成项目已处于有电送不出的尴尬局面，内蒙古风电场对此问题反应强烈，尽管在白天用电高峰期，内蒙古电网可全部消纳这些风电机组，但在夜晚用电低谷时期，由于要确保火电供热机组的运行，不得不让风机弃风停转，而夜间，正是草原上风力{zd0}、最稳定的黄金发电时刻。

对于夜晚风电送不出的问题，目前看是一个时间段的问题，但随着装机容量的增大，将是影响风电输出的大问题。大规模风电机并网还存在影响并网稳定性，影响电网安全的严重问题，这也是世界性难题。电网对风电入网有着极其严格的技术指标，入网的风电必须满足电网的稳频、稳压和稳相要求。自然风是不稳定的，导致风电机所发出的电也不稳定。不稳定的风电对电网会产生巨大冲击，有可能导致电网崩溃或设备损坏，风电被称为“垃圾电”。并网问题关系到我国“陆地三峡”建设的成败，我们必须积极应对，尽快解决，保证我国新能源建设的顺利实施。

现在我国已加紧智能电网的建设，智能电网是被动调峰，就好比将河加宽，江河相连，但毕竟我们处于河道的末端，当风电的占比很大时，就相当于河道发洪水，河道很难满足泄洪疏导的作用。一个千万千瓦级风电场会有5000台左右的风电机组，如此巨大的风电场将延绵数百公里，我们知道风速的大小和方向会随时在变化，风是有波动性的，间隔时间较长的称为阵风，我们根据浪涌原理来计算风电场产生冲击电流的大小，浪涌原理就是一排浪产生的能量，不会因为波谷的存在而抵消，会一直向前传输，我们设定风电场中风电机的排列是均匀的，设定在阵风的作用下，有100台风电机受到风速变化的影响，我们选取2.5MW风电机数据进行计算，风电机的牌子是德国Nordex公司N80，我们取较低数据，当风速5m/s，功率是120kw，当风速6m/s，功率是248kw。当风速变化为1m/s时，功率的变化是128kw，如果按100台风电机计算，功率变化值就达12800kw，这一万千瓦的冲击能量会在电路中持续一段时间，时间的长短就是这阵风移出风电场的时间，在这段时间内还有第二阵风，第三阵风……第n阵风形成冲击电流，电路中总的冲击电流就是n个冲击电流之和。几万千瓦的冲击能量不知道要多强大的智能电网才能承受？而且这个计算值已经很小了，我们是按低风速，小的变化量进行计算的，实际的风速变化要大很多，而且风向的变化对风电机功率的影响比风速还要大。所以，实际使用中的冲击能量要比这个值大很多，将是非常惊人的，我们必须认真对待。因此解决并网问题，并不是建成一个智能电网那么简单，而是一项系统工程。

欧洲国家电网都是联网的，电网中有风电、水电、火电、核电还有气电，智能电网可以相互协调、相互补充、相互平衡，是非常强大的智能电网。但由于风电机的并网稳定性没有保证，所以仍采用分散入网的方式，当风速和风向变化很大时，风电机不稳定，不能满足并网条件，此时风电机可以随时脱网；风电机稳定后，又可以随时入网，不会对电网造成太大的冲击。象丹麦等国虽然风电占20~30%，但都是分散接入，并制订风电并网导则严格规定了接入点的风机数量和容量，并规定接入和退出的标准，丹麦国家电网公司每天会从三个不同的气象预报公司接收四次天气预报，然后利用先进的软件系统预测何时天气预报所述的风力变化会影响到风机，以及分析这些变化对整个电力系统带来的影响，进行快速的人工干预。但是，实际风速和预测风速xx吻合的情况很少。这种被动的、不准确的控制方式对我国肯定是不适用的，我国大型的风电场瞬间产生的冲击电流就足以让电网瘫痪，不可能有时间进行人工干预。所以大规模并网国外也没有成功经验可以借鉴，我们也不可能建成比欧洲还强大的智能电网，就是建成了也不能解决并网问题。大规模风电机并网这xx是中国特色，中国创举，我们既然这样做了，我们必须有应对措施，我们的目标就是要做好、做大、做强，我们必须要有全新的理念，创新的精神，团结协作，共同努力，走出一条中国特色的风电发展之路。

我国大规模风电并网对风电机的性能要求更高，我们知道风是有波动性的，有波峰，也有波谷，间隔时间较长的称为阵风，风速的变化必然引起风电机功率的变化。我们首先应解决风速和风向变化对风电机的影响，现有风电机是利用叶片的惯性能量来平滑功率的波动，在低风速的情况下起作用，在高风速情况下惯性力与强大的风载相比，好比鸡蛋与石头，无法与之相抗衡。最有效的办法就是单独附加惯性储能装置，利用惯性储能装置起到削峰填谷的作用，这样对稳定功率输出是非常有帮助的。还有叶片的性能也是需要改进的，现有叶片在高风速时，会产生强风载，会变的不稳定，难以控制，造成风电机功率的急剧变化，对并网的稳定性产生很大的威胁，甚至会影响风电机的安全。我们通过简单的量化计算就可知道它的危害程度，我们以1.5MW风电机为例进行说明，设计风速为13m/s，产生的能量为1.5MW，可转换为152958kgf·m/s，其能量核算在叶片上的风载可达百吨。若12级台风的平均风速为34m/s，而风的能量与风速的关系是三次方的关系，那么在台风状态下叶片产生的风载将达千吨以上，这个数值是相当惊人的。我们知道风电机的控制系统有卸载功能，但任何控制系统都存在滞后性，不可能对叶片及时xx卸载，这样大的风载形成的冲击力是任何机械装置都无法承受的。我们设计制造的变速装置很大，强度也非常高，但仍不能避免这种冲击力对变速装置的损坏。世界{zd0}的风力发电机组制造商NEG Micon就是因为齿轮箱问题，他为所生产的风力发电机组都换了一次齿轮箱，这家世界{zd0}的风力发电机制造商破产了，这在其它产业是不可能发生的。目前我国风电整机制造企业已近８０家，质量问题频发，国产风电机故障率更高也就不足为奇。这充分说明现有叶片的高风载特性和控制系统滞后性给风电产业带来的危害性。

所以现有叶片的风载特性还不符合风电机的要求，在低风速情况下，微风发电性能低。在中高风速情况下，轻则造成电网的不稳定，重则造成风电机的机械损坏或电控装置损坏。还有叶片的高昂成本和运输困难对风电产业的发展也是很不利的。叶片的这些不合理性能使风电产业成了高投入，低产出，高风险，低收益的产业，也是风电产业几十年发展滞缓的主要原因。只有改变叶片性能才能提高微风发电能力，提高风电机并网稳定性。

目前，内蒙古风电输出难问题已引起国家能源局的xx，这个问题也是“三北”（西北、东北、华北）地区风电基地的共性问题，关系到我国新能源建设的大局。有些专家、部门认为风电是垃圾电源也不是没有根据，欧美风电技术发展了几十年，从定浆距控制技术发展到变浆距，又发展到变转速控制技术，但仍没有解决风电机的并网稳定性问题。现有风电机风小的时候还可以保持输出功率的稳定，但发电量很低；当风变大时风电机的输出功率会变的越来越不稳定，产生的冲击电流甚至会对电网的安全造成威胁，这些问题都是客观存在的，我们必须正确面对。

现有风电技术并不完善，欧美风电技术也不适合大规模并网使用，我们要建成“陆地三峡”必须根据我国国情开发新的风电技术。首先要改善风电机性能，根据我国陆地风速的特点，最有开发价值的风速范围是3~8米/秒，我们开发的风电机应在这个范围有很高的发电效率，这样可以保证白天用电高峰期有大量的风电输出，也可以保证全年有大部分时间有风电输出；为了提高风电机微风发电性能，保证并网的安全，我们必须开发新型叶片，叶片是风电机的“灵魂”，在微风状态下起决定作用的是结构动力性能，就像风筝有风会飞，不是靠风筝的空气动力性能，而是靠风筝的结构动力性能产生升力。而结构动力性能在目前的叶片设计中没有得到应有的重视，我们应该补上这一课，加强对叶片的结构动力性能的研究和设计，提高叶片的微风发电能力。我们要保证风电机的稳定和安全，叶片的性能应当是在低风速满载，在高风速卸载。我们提高了风电机并网的稳定性，但风能的间歇性和不稳定性仍然存在，我们必须有其它的发电源来完成风电的调峰作用。内蒙古已与三峡水电站联系筹建3到4个抽水蓄能电站，抽水蓄能电站可以把富裕的风能转换为水能储存起来，当风电不足时蓄水电站发电弥补风电的不足，同时可以解决风电的间歇性问题。但是在三北地区建抽水蓄能电站并不是很容易，三北地区水资源非常宝贵。另一方面我国三北地区每个风电基地的装机容量都与三峡水电站相差不多，抽水蓄能电站规模太小起不到补充电能的作用，建设的规模太大又不可能，所以建抽水蓄能电站也只能作为权宜之计。而且抽水蓄能电站只能对风电起到补充作用，对风电产生的大量峰值电流并不能起到缓冲和吸收的作用，所以对风电机大规模并网的稳定性作用不大。

大规模风电机并网产生的大量峰值电流是影响电网安全的{zd0}威胁，要解决大规模风电机的并网问题，必须解决风电的冲击电流对并网稳定性的影响！解决并网问题仅用智能电网的方式很难解决，本人研究认为风电产生的强大冲击电流要被缓冲和吸收，就必须接入一个足够强大的负载，火电厂是一个强大的发电源，我们也可以将火电厂变成一个强大的负载，来吸收风电的冲击电流。我们xx可以将发电厂建成智能发电厂，不仅能起到补充水源的作用，而且能起到水库的作用，对洪水起到缓冲和吸收的作用。

风能是最有开发价值的新能源，我们必须牢固树立这个意识，新能源建设是保证国家能源安全和经济发展的重要保证，必须得到全社会的重视。欧美风电技术是以海洋性气候发展起来的高风速风电机，自身技术就存在发电效率低，故障率高，并网稳定性差，成本高等问题，在陆地使用这些问题更加突出，随着我国陆地装机容量的增大，这些问题已暴露无遗，欧美风电技术并不符合中国国情，不适于建设“陆地三峡”。我们必须开发自主技术，大力开发微风高效新型风电机，保证我国“陆地三峡”大量发电、平稳发电、安全发电。