本文摘要：摘要：我國風電產業發展迅猛，多種風電利用技術也伴隨而生。從我國風電利用技術的現狀與存在問題出發，綜述并對比了我國集群風電并網運行、風電與其他能源互補、風電的大規模直接利用及分布式風電接入與控制等技術現狀，指出我國風電向集中式和分布式并重、
摘要：我國風電產業發展迅猛，多種風電利用技術也伴隨而生。從我國風電利用技術的現狀與存在問題出發，綜述并對比了我國集群風電并網運行、風電與其他能源互補、風電的大規模直接利用及分布式風電接入與控制等技術現狀，指出我國風電向集中式和分布式并重、促進多能互補利用技術推廣、發展高效率低成本的風電利用技術方向發展的趨勢，最后從加強新能源激勵政策、新能源消納市場機制、風電并網與技術標準建設方向提出了建議。
關鍵詞：風電,多能互補,集群發電,分布式發電,新能源消納
0引言
隨著中國風電裝機容量不斷增加，風電并網規模逐漸擴大，“十三五”期間我國的風電新增裝機容量將達8000萬kW以上，2020年全國風電裝機將超過2.1億kW，但我國風電存在的棄風問題仍顯嚴峻。風電的高效利用技術是解決棄風的重要途經[1-7]，目前國外的風電利用技術包括成熟的壓縮空氣儲能技術[8-10]、風–光儲能技術[11]、以風–光–水互補發電系統的組合互補技術[12]、風電制氫產電雙儲技術等[13]，并著重考慮風電多能組合技術的經濟性與社會效益[14-15]。
風電方向論文范文：風電并網對電力系統影響
本風力發電論文主要對風電大規模并網后所引起的電能質量問題和系統穩定性問題進行了分析和探究。風能作為一種清潔的新能源，對我們社會的發展與環境保護具有重大的意義。
與國外發達國家相比，我國風電發展與電網結構匹配具有一定的特殊性，且風電棄風利用技術的發展與應用相對滯后。本文通過對我國目前風電利用技術的發展現狀進行綜合研究，并對其發展前景進行分析，以期為我國不同地區確立風電資源的利用方式提供依據，以提升風電能源的消納能力。
1我國風電利用技術現狀與存在的問題
我國在風電利用方面主要集中研究的是集群風電并網運行、與其他能源組成互補、風電的大規模直接利用及分布式風電接入與控制等技術。
1.1集群風電并網運行技術
在當前大規模風電集群發電技術中，風功率預測、并網控制及風電調度是其中的核心技術。在風功率預測方面，我國已經有很多科研院校與研究機構進行了研究，并且從我國風力資源的特點及我國風電產業的發展模式出發，在預測方法上包括針對風速的預測和針對風電發電功率的預測[16]。
在預測尺度上，主要是對風電的時間尺度與空間尺度進行的研究，其預測方法包括基于數據挖掘的風電預測、基于人工神經網絡遺傳算法的風電發電系統等時間尺度預測方法，以及包括基于單個風電場與集群風電場風功率預測技術、單一風機與風電場風電功率的預測技術等空間尺度預測方法[17]。
在預測時間上，分別從短期、中期、中長期、長期等角度建立了相應的風功率預測模型，如基于數值天氣預報的短期風電功率物理預測法和基于歷史風速、風電功率、風機艙外溫度、風向等參數與風電功率的統計學的短期預測法等，及基于多重離群點平滑轉換自回歸模型的短期風電功率預測等方法，同時結合風電場的氣壓、氣溫、濕度等天氣影響因素與神經網絡等非線性函數建立的中期、長期風電功率預測技術[18-20]。
目前我國研發的風電功率預測系統已經在電網側與發電側實行了大規模覆蓋，但對于一些山脊、海上等風機安裝地形復雜與極端天氣情況下的風電預測技術與方法仍需進一步完善。在風電的并網控制方面，我國主要研究的是對風電機組層面的控制及對風電場、風電集群層面的控制。
其中在風電機組層面，主要是對風機調頻控制的研究，如風機變槳控制、轉子超速控制與慣性控制等方面，但相關研究仍有不足，體現為：在風電的主動調頻過程中，所需建立模型的風電場短期預測信息考慮仍顯不足，同時常規的區域控制偏差控制方法是一種滯后校正控制，從而不利于風電的安全穩定[21]。對風電場、風電集群層面的控制的研究，主要是對風電場或集群與傳統電源的省區發電協調控制。
如在風電的有功調度控制方面，可以對風機的發電狀態進行分群設置，進而對風電場、單機與機群等進行有功功率的多目標優化，同時還可以根據風電接入電力系統建立相應關鍵指標的決策機制進行系統優化等[22-23]。在風電的集群控制方面，我國已經研發并于甘肅電網投入使用了以公共連接點電壓穩定為目標的風電場電壓無功綜合控制系統，對風電電網調度管理有實際指導價值。而在風電的無功控制系統研究方面，國內主要集中在對風電場無功的優化選址、機組的控制策略等方面。
總體而言，我國對風機調頻控制相對成熟，在單機、機組、風電場層面均有系統性應用，但我國在風電場與集群方面的有功、無功控制技術尚顯薄弱，雖然已經開展了相應的研究工作并積累了一定經驗，但在大型風電多工況自適應調頻控制的有功控制技術的應用研究較少;同時由于我國風機廠商設備型號與技術參數不一，造成風電場與集群的自動控制性能不足等問題。
在風電調度方面，我國主要采用的是自動發電控制(automaticgenerationcontrol，AGC)技術，目前常用的控制算法為比例–積分–微分控制方法、基于微分博弈理論的控制方法及模型預測控制(modelpredictivecontrol，MPC)方法，但由于風電的波動性與間歇性特點，仍會在大規模風電接入對交直流互聯網產生較大沖擊[24]。對此，仍需促進我國風電集中送出調度運行技術的開發，并提高風電市場消納的能力與技術。與陸上風電相比，我國海上風電近年來發展勢頭迅猛，但相應的技術研究相對滯后，其高壓直流電輸送、遠程集群控制技術仍未成熟[25]，同時缺少相關的規程規范與關鍵技術標準。
1.2與其他能源組成互補技術
風電與其他能源組成的互補技術，是將不同種能源發電方式進行互補發電，以提高可再生能源用電的穩定需求，具有較好的環境效益。我國在大規模互補發電技術中，風光互補系統是應用較早的互補技術，其規模覆蓋幾十千瓦至數百兆瓦，并具有較好的功率控制幅度[26]，如40MW和20MW的風電、光伏的風光儲聯合發電系統的瞬時送出有功功率波動幅度可達35MW，并且已經建立了較好的風光互補發電能量優化與協調管理系統。風水互補系統具有系統功率穩定、經濟效益較好的優勢[27]，但風水協同運行仍需考慮風險承擔能力、投入資源程度及資源利用率3個因素[28]。
目前國內開展了包括大唐多倫20MW風水互補電源項目、國家電投云南大荒山286MW風水互補示范項目等。在風水互補技術的研究方面，主要是對組合系統的綜合效益進行的優化分析，并且分別建立了抽蓄電站和風電的聯合運行模型，并基于多目標最優化模型等方法，計算分析了風水互補系統運行年限內的最大綜合效益。我國在小型風光互補與風水互補技術的應用方面，主要是建立了村級風光互補發電系統與太陽能風能無線電話離轉臺電源系統等，解決了部分農村及偏遠地區的用電需求。
為提高風電消納問題，近年來國內提出了風–火電聯合外送技術[29]，通過火電機組的深度調峰技術，即包括火電機組鍋爐的低負荷穩燃、提高火電機組的負荷相應速度、節能降耗、NOx排放及相應機組設備配備、一次調頻和邏輯保護等技術，實現了對風電機組快速變負荷的消納與輸出。
其中，風火聯合外送中火電輸電波動幅度越大，則火電機組的協作價值越高，分配的利潤比例也越高。此外，還包括多種能源聯合互補發電技術，包括水–火–風協調技術、風電–火電–抽水蓄能技術等[30-31]，并建立了國家級清潔能源示范工程的。但是，目前仍然缺少多種電源復雜特性的電網調度與靈活性控制方法，同時，多時間尺度的全局優化與性能實時控制能力仍顯不足。
1.3風電的大規模直接利用技術
風電制氫是國外研究與示范應用的重點方向。國內在風電制氫領域仍處于研究前期與示范階段，如國網上海市電力公司東海風電場的“風光電結合海水制氫技術前期研究”項目，制氫功率100kW、燃料電池發電30kW的中節能風電公司張北分公司風電場項目，以及中德合作示范的河北沽源10MW電解水制氫系統等。
在風電制氫技術的研究方面，主要是對電解水制氫系統、風電場耦合制氫技術、氫氣的儲存運輸技術的集成研究[32]，包括以電解水制氫設備為產出模型研究，氫儲能系統的能量協調控制策略等內容，但是系統的經濟性能有待考核。在風電供暖方面，國內已經在吉林、新疆、內蒙古等地開展了風電清潔供熱示范項目。
風電供暖理論也逐漸完善，目前國內已經建立了調度模型，并用于儲熱提升風電消納的規劃設計，如在電供熱系統中加入2000MW·h的儲熱裝置，可將棄風電量減小為1813MW·h。但是風電供暖的熱–電協調優化調度技術方面仍存在不足，同時棄風供暖的經濟效益欠佳，現有棄風供暖運行和結算模式對棄風供暖的經濟效益計算結果表明，風電采暖不利于其他風電場和電網經濟效益，同時隨著電采暖比重增加，綁定風電場和電采暖聯合利益、四方主體總利益以及全社會碳減排量均減小，利益甚至為負[33-34]。
風電的大規模直接利用技術還包括壓縮空氣儲能[35]、飛輪儲能[36]、超級電容器儲能[37]，化學蓄能中的鉛酸蓄電池、鋰離子電池和液流電池儲能技術，風電-高溫燃料電池發電互補系統[38]，以及新型電轉氣技術等[39]，但大多受到技術成熟度、經濟成本等瓶頸限制。
1.4分布式風電接入與控制技術
分布式風電是除大規模利用之外風電的另一種利用形式，通常采用35kV及以下電壓并網，并就近滿足用電負荷，是一種可作為偏遠或孤島地區電源供應的主要方式，其接入方式為多點接入。我國對分布式風電的開發利用仍處于初級階段，微電網作為分布式發電系統已經有所應用，如在浙江省北麂島開發的分布式風–柴發電系統和吉林省遼源市東豐縣的“風氣互補”新能源開發項目等，仍然以項目示范為主。
2我國風電利用技術的發展前景與建議
2.1風電利用技術的發展趨勢
2.1.1風電集中式與分布式并重發展
我國當前鼓勵風電向集中式和分布式并重的方向發展。分布式風電與集中式風電模式相對應，現有的大型風電場可以將幾十千瓦到幾萬千瓦的獨立風力發電機組直接接入配電網的，所產電能就近消納，從而避免了風電上網與運輸存儲的難題。從根本上看，分散式風電通過配電網的接入與就近消納，是一種分布式的發電方式，可使風能資源就近開發利用。分布式風電的主要優勢在于所發電量全部上網，棄風極小;而集中式大規模風電符合我國可再生能源規劃與一次能源結構要求，推進陸地風電大規模集中式發展的同時，推進大規模海上風電的集中式發展模式。
2.1.2促進多能互補利用技術推廣
風電等可再生能源具有波動性、隨機性、間接性的特點，因此單一風電能源利用難以滿足用戶負荷穩定的需求，多種能源互補發電是風電穩定輸電的較好利用方式，可根據供應側的資源條件與需求側的用能特性，因地制宜、綜合利用，協調優化調度，促進風電能源的清潔高效生產。在未來的風電發展中，我國將加強對多種電源、多時間尺度的互補發電系統的能量管理系統、調峰系統、電網接入與控制技術等方面的研究，使風光互補、風水互補、風火互補及微電網的多能互補方式得到進一步的推廣應用。
2.1.3發展高效率低成本的風電利用技術
風電制氫技術是未來風電發展的重要方向。隨著電解水制氫成本的降低、儲氫材料技術的進步，風電制氫將有望成為風電產業發展的重要匹配技術，進而通過風電規�；茪渑c能量管理系統的結合，為風電的規模化消納提供有力技術保證。同時，風電供暖也是未來風電消納的重要技術手段，通過對城市供熱系統調峰能力的研究，優化熱–電聯合運行策略，實施風電供暖系統的優化控制，可有效提高風電利用效率。
此外，風電的其他儲能方式也是未來風電利用的重要手段，隨著壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能、超級電容器儲能及新型電轉氣技術的提高與成本的降低，這些技術將為風電的消納與利用提供重要的技術選擇。
2.2風電利用技術的發展建議
2.2.1促進風電等新能源激勵政策建設
我國應加強發電、并網、用電等完整風電系統的激勵政策建設：強化發電側的電源調峰能力建設，建立完善的火電機組靈活性改造和運行優化技術創新，加快建立火電企業調峰輔助服務補償機制，制定電網側跨省跨區送電政策，完善大規模集群風電控制技術，發揮大電網的多種電源平衡能力;在用電側，推進煤電的清潔化轉化，提高風電利用比例，引入市場調節機制，優化風電調峰調頻與分布式技術發展策略。
2.2.2加快風電等新能源消納市場機制的建設
提高優先消納風電等可再生能源，強化省間調度能力，促進跨省送電政策的實施，構建全國統一電力市場。同時完善新能源交易機制，構建風電等新能源的省間輸送補償機制，提高峰值期風電的消納補貼，促進用戶參與電力需求側響應和市場交易。
2.2.3加強風電接網與技術標準建設
國家應建立統一的風電發展管理體系，整合各方面國家資源，設計風電發展規劃、扶植政策，通過對國內發電、電網、風機制造、技術研發、氣象等部門的統籌協調，為風電發展創造優良環境。同時，政府還應完善我國的風電標準、檢測與認證體系，確保風電標準符合我國風電資源與相應環境，并加強與國際風電檢測認證體系接軌，逐步推進風機與風電利用的技術標準建設。
3結論
現階段我國風電發展存在一定的不匹配問題，與之相應出現諸多利用技術。綜述了我國風電利用技術的現狀與存在問題，指出了我國風電向集中式和分布式并重、促進多能互補利用技術推廣、發展高效率低成本的風電利用技術方向發展的趨勢，最后從加強新能源激勵政策、新能源消納市場機制、風電接網與技術標準建設方向提出了建議。
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