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风力发电技术浅谈
摘要:风力发电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电,受到世界各国的重视。近年来,我国风力发电市场快速发展,迫切需求风力发电技术的同步发展。本文对我国风力发电技术进行了简单的阐述,主要叙述了风况预测技术、风力发电储存技术、互补发电系统、风力发电设计制造技术、风力发电并网技术,指出了我国风力发电技术的光明前景。
关键词:风能;风力发电;电能储存;互补发电系统;并网
空气的流动形成了风,风能是太阳能的一种转换形式,是一种重要的自然能源,也是一种巨大的、无污染、永不枯竭的可再生能源。风能的特点是具有随机性并随高度的变化而变化。几千年来,风能一直被用来作为碾磨谷物、抽水、船舶等机械设施的动力。但是风能的主要应用是风力发电:风力发电是通过风力发电机组实现风能到机械能,再到电能的转换。
与传统能源相比,风力发电不依赖矿物能源,没有燃料价格风险,发电成本稳定,也没有包括碳排放等环境成本。近年来,我国风力发电市场快速发展,迫切需求风力发电技术的同步发展。
风电输出功率预测是确保电网平衡风电波动,减少备用容量和经济运行的重要技术保障。风电输出功率与风速大小有关,因此风电输出功率预测主要集中在风况预测。风能不仅随季节变化,而且每年也有变化,原则上完全预测风况是不大可能的。
风况有效预测是国际风能界正在从事的一项具体工作。风况预测方法主要有基于风况观测数据和气象模拟两种方法。利用风况观测数据方法预测风况时,主要是利用线性或非线性风况预测模型来预测。而利用风况观测数据预测风况时可能存在持续时间比较长。精度低等问题,所以不能只依靠风来观测,进年来,随着气象预报技术的发展和进步,利用气象模拟进行预测已经成为现实。利用气象模拟进行预测风况的技术,目前已被用于风力发电的计划,实施和运用的每一阶段。这种风况预测方法已经成为风力发电选址及制定风力发电系统稳定性的重要工具。
在风力发电系统中,应用蓄能技术是解决风能不稳定性和负荷峰谷比问题的极为有效的措施,将富裕的风能储存起来,以满足负荷高峰时需求,同时风能存储装置还能尽量减少存储一转换过程中的能量损失。目前,经济可行的风能储存技术的研究在国内外理论界、工程界得到了越来越广泛的重视。下面将介绍比较常用的风能储存方式。
(1)新型电池储能技术
由风能转换的电能采用电池来存储是风能存储方式中最简单的方法。在中小型单独运行的风力发电机常需配备蓄电池储能,以应对风况、载荷的变化。目前该存储方式主要有铅酸电池(Lead-Acid Battery)、钠硫电池(NaS Battery)、钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery,缩写为VRB)、镍镉电池(Ni-Cd Batte ry)、锂离子电池(Li-ion Battery)等。
(2)水利蓄能技术
在水资源充足并有大容量高位水箱或水库的情况下,可用风能来驱动水泵,从而构成一个水利蓄能系统。当风能过量时,风力机带动水泵把水从低水位抽到高水位。当风能减小或电网中的功率不足时,就可采取存储的水利势能。采用水力涡轮发电机发电。
(3)压缩空气蓄能技术
压缩空气蓄能(CAES)是一种适用于缺水干旱地区风能储存的新型蓄能方式。在电力负载较小时,将风力发电机组提供的多余电能通过电动机带动空气压缩机,将空气压缩后储存到容量大、强度高的金属容器或地下岩盐矿内的岩洞或挖掘的岩石洞或现存的矿洞内;在电力负荷达到高峰、风小或无风时再释放存储的压缩空气作为动力,带动涡轮机实现发电。
(4)飞轮蓄能技术
飞轮蓄能是一种容量有限、存储时间较短、可适应于大容量发电机的蓄能方式。在风力机与发电机之间安装一个飞轮,利用飞轮旋转时的惯性储能。当风速高时,风能以动能的形式储存于飞轮中;当风速低时,储存在飞轮中的动能即可带动发电机发电。飞轮蓄能包括高速飞轮蓄能和超高速飞轮蓄能方式。超高速飞轮蓄能的转速是高速飞轮的10倍以上,具有更好的蓄能能力,是今后研究的重点。飞轮蓄能系统需附带必要设备来降低飞轮的风损失和轴承损失,可见对飞轮和轴承等零部件的材料提出了更高的要求。
(5)氢能存储技术
氢能存储技术即电解水制氢储能技术,在电力负载减小时,将风力发电多余下来的电能用来电解水,使氢和氧分离制备氢气,把氢作为燃料储存起来,需要时再把氢和氧在燃料电池中进行反应产生电能。
互补发电系统是风能和太阳能等两种或多种以上能源组合起来的复合发电系统。其作用是在弱风时,由太阳能等补充电力,这样两种或多种能源组合起来得到的电力更稳定。也降低了发电成本。常见的互补发电系统有风光互补发